Đường kính thơng thường của vi sợi thay đổi từ 10-30 nm và được tạo nên từ 30-100 phân tử xenlulo, tạo nên độ bền cơ học cho sợi. Pha nền vơ định hình trong thành tế bào rất phức tạp gồm hemixenlulo, lignin và pectin. Phân tử hemixenlulo liên kết hydro với phân tử xenlulo, làm nền liên kết giữa những vi sợi xenlulo, hình thành nên mạng xenlulo-hemixenlulo là cấu trúc chính của tế bào sợi. Mạng các phân tử lignin không phân cực tác động đến tính chất của mạng khác. Nó có vai trị như một chất trợ tương hợp và tăng độ cứng của compozit xenlulo/hemixenlulo.
1.3.4. Các phương pháp xử lý bề mặt của sợi tự nhiên [20, 21]
Compozit sợi tự nhiên có tính chất cơ lý thấp hơn compozit sợi thủy tinh, đặc biệt là độ bền va đập. Ngun nhân chính là do sợi tự nhiên có tính chất cơ lý thấp. Thêm nữa là do ảnh hưởng bởi tính thấm, hút ẩm và phân hủy nhiệt của sợi, bám dính sợi/nhựa kém. Chất lượng của bề mặt tương tác giữa sợi nền đóng vai trị quan trọng cho việc sử dụng sợi tự nhiên làm sợi gia cường cho compozit. Vì vậy những phương pháp vật lý và hóa học đã được sử dụng nhằm giải quyết vấn đề này, từ đó tính chất của compozit được nâng cao. Sự truyền ứng suất ở bề mặt phân chia giữa hai pha sợi-nền nhựa được xác định bởi mức độ kết dính, đây là yếu tố cần thiết để truyền hiệu quả ứng suất và phân bố tải tác động lên hệ thống qua bề mặt phân chia pha. Do đó, để có một cơ tính tốt của vật liệu compozit này, sự cải thiện tương tác trên bề mặt phân chia pha trở thành mối quan tâm hàng đầu.
Theo hướng này, bề mặt sợi sẽ được bọc phủ một màng chất liệu có tính tương thích với nhựa nền. Màng chất liệu chứa các chất gắn kết đóng vai trị như một cầu nối hóa học trung gian giữa nhựa nền và sợi. Việc biến tính cho sợi có thể thực hiện bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học.
Một số phương pháp xử lý hóa học được sử dụng nhằm mục đích biến đổi tính chất bề mặt của sợi và tăng cường tính năng của nó như:
1.3.4.1. Xử lý kiềm
Trong sợi tự nhiên ngồi xenlulo là thành phần chính cịn có những thành phần khác như lignin và hemixenlulo cũng đóng một vai trị quan trọng trong tính chất đặc trưng của sợi. Tuy nhiên chúng lại làm giảm khả năng kết dính giữa sợi và nhựa nền.
Hiệu quả của việc xử lý kiềm bao gồm: tăng độ nhám bề mặt sợi giúp tăng độ bám dính cơ học, đồng thời, xử lý kiềm loại bỏ các lignin, sáp bám quanh sợi xenlulo giúp lộ ra các nhóm chức hoạt động của mạch xenlulo trên vi sợi. Hiệu quả của nó phụ thuộc vào loại, nồng độ dung dịch, thời gian, và nhiệt độ xử lý. Một số nghiên cứu cho thấy khi nồng độ kiềm cao sẽ làm giảm khả năng chịu nhiệt của sợi, kèm theo việc tẩm sợi bằng chất làm trương có tính kiềm mạnh là phản ứng với các chất hóa học khác, các nhóm hydroxyl trong phân tử xenlulo có thể được thay thế. Sự thay thế nhóm chức hydroxyl cho sợi có mức độ kết tinh giảm.
Xen-OH + NaOH → Xen-ONa + H2O
Vì thế cần lựa chọn xử lý với nồng độ, thời gian và nhiệt độ thích hợp.
1.3.4.2. Thay đổi sức căng bề mặt hay xử lý bằng anhydrit axetic (axetyl hóa)
Năng lượng bề mặt của sợi tự nhiên có liên quan chặt chẽ đến khả năng hút nước của sợi. Nhiều nghiên cứu cho thấy phương pháp làm tăng sức căng bề mặt sẽ làm giảm tính hút nước của sợi tự nhiên. Điều này giúp cho sợi phân tán và tương hợp tốt hơn với nền nhựa không ưa nước như PP.
Axetyl hóa được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý sợi xenlulo nhằm ổn định lớp vỏ sợi, nâng cao độ ổn định kích thước và độ phân hủy môi trường. Việc xử lý bằng cách ngâm sợi tre nứa trong dung dịch anhydrit axetic có hoặc khơng có axit xúc tác.
Do axit axetic khơng phản ứng triệt để với xenlulo nên anhydrit axetic được sử dụng để thay thế. Tuy nhiên, anhydrit axetic không phải là tác nhân làm trương
xenlulo tốt nên để xúc tiến phản ứng, đầu tiên ngâm vật liệu xenlulo trong axit axetic rồi sau đó xử lý với anhydrit axetic ở nhiệt độ cao hơn, trong khoảng 1 đến 3 giờ. Đối với sợi khơng được kiềm hóa phản ứng sẽ xảy ra nhanh hơn. Axetyl hóa nhóm hydroxyl sẽ làm trương tường tế bào sợi, giảm đáng kể tính hút nước của sợi xenlulo. Kết quả là kích thước của compozit được ổn định.
1.3.5. Sợi sơ dừa [19]
1.3.5.1. Tình hình trồng và kinh doanh dừa trên thế giới và trong nước
❖ Trên thế giới
Cây dừa được trồng phổ biến ở vùng nhiệt đới, dọc bờ biển và các đảo trên 90 quốc gia, với hơn 11 triệu ha; tập trung nhiều nhất ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương. Mười quốc gia có diện tích trồng dừa lớn trên thế giới là Indonesia, Philippines, Ấn Độ, Sri Lanka, Brazil, Thái Lan, Papua New Guinea, Malaysia, Việt Nam và Vanuatu [22]. Ba quốc gia hàng đầu là Indonesia, Philippines, Ấn Độ có diện tích trồng hơn 1 triệu ha, chiếm trên 80% sản lượng dừa thế giới (Bảng 1.3).
Bảng 1.4 Năm quốc gia dẫn đầu sản lượng dừa, năm 2012 STT Quốc gia Sản lượng (1.000 tấn) Tỷ lệ % sản lượng thế giới STT Quốc gia Sản lượng (1.000 tấn) Tỷ lệ % sản lượng thế giới
1 Indonesia 18.000 30,0 2 Philippines 15.862 26,4 3 Ấn Độ 10.560 17,0 4 Brazil 2.888 4,8 5 Sri Lanka 2.000 3,3 (Nguồn: FAOSTAT)
Hai nước có diện tích lớn là Indonesia và Philippines lại có năng suất dừa khá thấp, trong khi các nước khác như Ấn Độ, Sri Lanka, và Việt Nam có năng suất dừa cao hơn nhiều (Bảng 1.4).
Bảng 1.5 Diện tích và năng suất dừa một số nước, năm 2011
STT Quốc gia Diện tích
(ha) Năng suất (trái/ha/năm) 1 Indonesia 3.800.000 4.000 2 Philippines 3.560.000 3.719 3 Ấn Độ 1.900.000 7.748 4 Sri Lanka 395.000 7.364
5 Thái Lan 247.000 4.800
6 Việt Nam 144.800 8.294
(Nguồn: Chương trình Phát triển ngành dừa Bến Tre đến năm 2020 (Ban hành kèm theo Quyết định số 2300/QĐ-UBND của UBND tỉnh Bến Tre), Asian and Pacific Coconut Community - APCC)
❖ Trong nước
Điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng Việt Nam phù hợp cho cây dừa sinh trưởng, nhất là đồng bằng Sông Cửu Long và khu vực Duyên hải miền Trung, hiện có khoảng 150.000 ha đất trồng dừa, tập trung chủ yếu ở Bến Tre, Trà Vinh, Kiên Giang, Cà Mau, Vĩnh Long, Bình Định,… Trong đó, Bến Tre và Trà Vinh phát triển mạnh.
Tỉnh Bến Tre là địa phương có diện tích trồng dừa lớn nhất nước, được mệnh danh là “xứ dừa”. Diện tích trồng dừa ở Bến Tre khoảng 58.440 ha (năm 2012). Đất trồng dừa ở Bến Tre chiếm 35% diện tích dừa cả nước và chiếm 43,6% diện tích dừa ĐBSCL, phân bố chủ yếu ở vùng nước lợ và một số ít ở vùng nước ngọt.
Các phế phẩm từ dừa đã và đang được tận dụng trong nhiều lĩnh vực. Đây là nguồn nguyên liệu phổ biến, rẻ tiền nên nếu được ứng dụng vào sản xuất các sản phẩm composite sẽ nâng cao giá trị sợi xơ dừa, tăng nguồn thu nhập cho người nông dân.
Các phế phẩm từ dừa đã và đang được tận dụng trong nhiều lĩnh vực. Đây là nguồn nguyên liệu phổ biến, rẻ tiền nên nếu được ứng dụng vào sản xuất các sản phẩm composite sẽ nâng cao giá trị sợi xơ dừa, tăng nguồn thu nhập cho người nông dân.
Bảng 1.6 Diện tích và sản lượng dừa của Việt Nam năm 2012, theo từng tỉnh.
STT Tỉnh Diện tích (ha) Tỉ trọng (%) Sản lượng (triệu quả) 1 Bến Tre 58.440 37,22 469,000 2 Trà Vinh 16.300 10,38 169,400 3 Tiền Giang 10.823 6,89 130,400 4 Kiên Giang 8.110 5,17 61,636 5 Bạc Liêu 6.220 3,95 47,120 6 Cà Mau 11.900 7,58 90,440
7 Tây Ninh 1.570 1,00 11,932 8 Bình Định 10.520 6,70 42,100 9 Phú Yên 1.700 1,08 6,800 10 Khánh Hòa 1.640 1,04 6,600 11 Các tỉnh khác 29.797 18,89 190,900 Tổng 157.000 100 1.226,328
(Nguồn: Theo Niên giám Thống kê của Hiệp hội Dừa Châu Á - Thái Bình Dương (APCC), 2014)
1.3.5.2. Quả dừa
❖ Cấu tạo quả dừa
Ở đồng bằng sông Cửu Long, giống dừa ta xanh được trồng phổ biến để lấy cơm dừa. Dừa sau khi trồng 5-7 năm mới ra quả. Quả dừa từ khi hình thành đến già chín phải mất từ 11 đến 13 tháng. Quả dừa thường có dạng trứng, hình dạng chính xác của nó tùy thuộc vào giống dừa.
Về mặt thực vật học, dừa là quả hạch có xơ (khơng phải là loại quả hạt thực thụ). Vỏ ngoài của quả dừa thường cứng, nhẵn, nổi rõ 3 gờ; lớp vỏ quả giữa là các sợi xơ gọi là xơ dừa và bên trong nó là lớp vỏ quả trong (hay gáo dừa hoặc sọ dừa). Lớp vỏ quả trong hóa gỗ, khá cứng, có ba lỗ mầm (gọi là các mắt dừa). Thường hai trong ba lỗ hay “mắt” đó nhỏ hơn và cứng, lỗ thứ ba mềm. Mầm hay phôi nằm ngay dưới mắt mềm đó. Khi quả nảy mầm, mầm lách qua lỗ đó để mọc ra ngồi [23].