CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.6. Đánh giá độ hồi ẩm của PALF
Độ ẩm phản ánh tính ưa nước của xơ, độ ẩm của xơ chủ yếu do hai yếu tố quyết định là thành phần cấu tạo và cấu trúc cụ thể của thành phần đó. Trong xơ tư nhiên có nguồn gốc cellulose, các thành phần có chứa nhóm phân cực chịu trách nhiệm hấp thụ độ ẩm là cellulose, hemicellulose, pectin và lignin [43]. Trong các nghiên cứu của Nakamura và các cộng sự (1981), bằng cách sử dụng kỹ thuật đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) cho thấy sự giảm đáng kể tỷ lệ nước liên kết trong cellulose khi mức độ kết tinh của cellulose tăng lên. Các phân tử nước liên kết với 3 nhóm hydroxyl của các đơn vị glycosid ở pha vơ định hình trong xơ. Như vậy sự khuếch tán độ ẩm trong cellulose diễn ra chủ yếu ở pha vơ định hình. Hemicellulose là thành phần chính của pha vơ định hình trong xơ thực vật, đóng vai trị quan trọng trong việc lưu trữ độ ẩm [8]. Pectin nằm ở giữa các xơ đơn trong bó xơ và được cấu tạo bởi các
Bông, 1.55 Viscose, 1.52 Tơ tằm, 1.34 Acetate, 1.31 Len, 1.3 Khóm, 1.44 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
103 carboxyl phân cực cao. Các nhóm này có khả năng tạo liên kết hydro với các dung mơi phân cực như nước. Vì vậy, khi các bó xơ phải chịu một mơi trường có độ ẩm cao, sự hấp thụ độ ẩm sẽ diễn ra nhiều hơn trong trường hợp các xơ đơn này bị tách ra và làm tăng tiếp xúc giữa các phân tử nước với Pectin [16]. Cuối cùng, yếu tố cấu trúc của các thành phần xơ ảnh hưởng đến sự hút ẩm chính là cấu trúc xốp của xơ tự nhiên nói chung. Nước có thể bị giữ lại bên trong các lỗ rỗng xốp của chính các thành phần có trong xơ. Đặc biệt, đối với các xơ thuộc họ libe, cấu trúc bó xơ tương đối xốp làm chúng có độ ẩm cao hơn các xơ khác [44]. Tuy nhiên, trong quá trình xử lý xơ buộc phải loại bỏ đi các thành phần giữ ẩm cho xơ như Lignin, Hemicellulose và Pectin. Hơn nữa, khi tăng nồng độ NaOH sẽ làm tăng tốc độ phản ứng và mức độ hoà tan các thành phần này. Như vậy, việc tăng nồng độ hoá chất xử lý xơ càng cao sẽ tác dụng lên xơ càng mạnh và loại bỏ đi các thành phần có khả năng hút ẩm của xơ khiến độ ẩm tự nhiên của xơ bị giảm dần.
Độ hồi ẩm của xơ khóm (PALF) trước khi xử lý kiềm sau 5 lần thí nghiệm và đánh giá độ tin cậy của kết quả bằng cách tính độ lặp lại r với mức chắc chắn là 95% thì độ hồi ẩm của xơ khóm là trung bình của 5 lần thí nghiệm như bảng 3.6 bên dưới:
Bảng 3.6: Kết quả đo độ hồi ẩm xơ PALF
STT Nhiệt độ sấy (oC)
Thời gian sấy
(phút) Khối lượng xơ (g)
Độ hồi ẩm (%) 1 105 5.1 0.115 14.78 2 105 3.7 0.321 13.27 3 105 8.5 0.143 12.23 4 105 2.3 0.352 11.42 5 105 3.1 0.22 15.11 Độ hồi ẩm trung bình 13.36% Độ lệch chuẩn s = 1.59 Độ lặp lại r = 4.497
Độ hồi ẩm của xơ khóm sau khi xử lý với NaOH ở nhiệt độ 50oC, trong 4 giờ và nồng độ NaOH 5%, thực hiện mỗi thí nghiệm 5 lần, đánh giá độ tin cậy của kết quả bằng cách tính độ lặp lại r với mức chắc chắn là 95% thì độ hồi ẩm của xơ khóm là trung bình của 5 lần thí nghiệm được thể hiện trong bảng 3.7 bên dưới
104
Bảng 3.7: Độ hồi ẩm của PALF sau khi xử lý hoá học
STT Nhiệt độ sấy (oC)
Thời gian sấy (phút)
Khối lượng xơ khô (g)
Khối lượng xơ sau hồi ẩm (g) Độ hồi ẩm (%) 1 105 6 giờ 0.119 0.1309 10.00 2 105 6 giờ 0.162 0.1746 7.78 3 105 6 giờ 0.131 0.1419 8.32 4 105 6 giờ 0.168 0.1823 8.51 5 105 6 giờ 0.137 0.1485 8.39 Độ hồi ẩm trung bình 8.6% Độ lệch chuẩn s = 0.83 Độ lặp lại r = 2.35
Dựa vào kết quả đo độ hồi ẩm trên cho thấy những ảnh hưởng của việc xử lý NaOH đến độ hồi ẩm của xơ PALF. Khi chưa qua xử lý hoá học, xơ cho độ hồi ẩm cao nhất 13.36 %. Nguyên nhân được xác định khi xơ chưa xử lý hố học cịn một số các thành phần tạp chất như hemicellulose, lignin và pectin mà trong cấu tạo của chúng có chứa nhiều các nhóm hydroxyl (-OH). Cụ thể là, các nhóm Hydroxyl trong vùng vơ định hình càng nhiều sẽ dễ dàng kết hợp với các phân tử nước trong khơng khí nhiều hơn. Vì vậy, khi chưa xử lý kiềm để loại bỏ chúng cho phép các phân tử nước xâm nhập vào bề mặt xơ. Các phân tử nước sau đó kết hợp với các nhóm Hydroxyl có trong cellulose và ở lại trong xơ làm xơ có tính ưu nước và có độ hồi ẩm cao hơn.
Sau khi xử lý hoá học, độ hồi ẩm xơ là 8.6%, tức đã giảm 35.6% so với trước khi xử lý hoá học (13.36%). Điều này cho thấy cho độ ẩm xơ trở thành một yếu tố bị ảnh hưởng đáng kể trong q trình xử lý hố học. Độ ẩm xơ giảm có thể được giải thích là do xử lý xơ bằng NaOH kết hợp với việc trung hoà bằng acid acetic đã tác động đến q trình ion hố thành phần hemicellulose, lignin và pectin. Đây là nguyên nhân khiến xơ bị mất đi các nhóm hydroxyl nhiều hơn, dẫn đến sự suy giảm khả năng hút nước cũng như độ hồi ẩm xơ. Thêm vào đó, q trình làm mềm xơ bằng hỗn hợp silicone cũng là nguyên nhân gây ảnh hưởng đến độ hồi ẩm của xơ. Silicone có tính chất chống thấm nước nên có thể cản trở sự xâm nhập của hơi nước từ mơi trường khơng khí vào bên trong cấu trúc xơ trong khi hồi ẩm.
105 Như vậy, sau xử lý hóa học, độ hồi ẩm của xơ suy giảm, cụ thể độ hồi ẩm của PALF trước xử lý là 13.36%, sau khi xử lý hoá học NaOH 5% trong 4 giờ, ở 50oC, độ hồi ẩm giảm còn 8.6%. Tuy nhiên, độ hồi ẩm của PALF vẫn khá cao, cụ thể cao hơn xơ bông (8.5%), xơ gai (7.6%) và thấp hơn một số họ xơ libe khác như ở bảng 3.8 bên dưới.
Bảng 3.8: Độ ẩm quy định của xơ sợi thông dụng theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ [29]
Tên xơ sợi
Độ ẩm thương mại theo ASTMD 1909
Wq [%]
Tên xơ sợi
Độ ẩm thương mại theo ASTMD 1909
Wq [%]
Xơ bông Ai Cập 8.5 Đay 13.75
Xơ lanh 12 Len 13.6
Gai 7.6 Tơ tằm 11
Độ hồi ẩm xơ suy giảm sau khi xử lý hoá học với NaOH sẽ làm xơ khơ ráp. Do đó, vấn đề cải thiện độ ẩm của xơ sau khi xử lý với NaOH vẫn đang được tiến hành trong các nghiên cứu tiếp theo.