CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3. Nghiên cứu xử lý hóa học xơ khóm
1.3.3. Xử lý Silane
1.3.3.1. Cơ chế tác động của Silane:
Silane là một phân tử đa chức năng được sử dụng như một tác nhân kết hợp để thay đổi bề mặt xơ. Các phân tử silane tạo thành một liên kết hóa học với bề mặt xơ. Silane trải qua nhiều giai đoạn thủy phân, ngưng tụ và hình thành liên kết trong quá trình xử lý xơ. Trong quá trình xử lý silane, các nhóm hydroxyl trên bề mặt xơ được bao phủ bởi các phân tử silane. Do đó, các nhóm hydroxyl có trong thành phần hemicellulose và lignin khơng thể hấp thụ độ ẩm của khơng khí. Do đó, khả năng hấp thụ độ ẩm của các xơ được xử lý bị giảm.
Cơ chế tác động của Silane: Bước đầu tiên của cơ chế phản ứng là thủy phân liên kết silane.
Silane được pha với nước kết hợp với nước có trong độ ẩm của xơ tạo thành silanol. Dung dịch Silane sau khi thủy phân sẽ tác động lên xơ. Các silanol phản ứng các nhóm của phân tử silane cho phép silane liên kết với các nhóm OH của bề mặt xơ bằng liên kết hydro. Hiện
54 tượng này tăng sự tương thích với các hợp chất hữu cơ và đặc tính kỵ nước trên bề mặt xơ, do đó làm tăng độ liên kết của các mạch polymer [33]
Hình 1.27: Sơ đồ tác động giữa xơ PALF với Silane [33]
1.3.3.2. Ảnh hưởng của Silane đến tính chất xơ PALF :
Để so sánh khả năng tác động và ảnh hưởng của việc xử lý silane với xử lý NaOH. Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm xử lý bề mặt xơ PALF bằng 2 phương pháp sau (NaOH 6% ngâm 3 giờ; Silane 2%). Loại Silane được sử dụng là Triethoxy (Ethyl) Silane với nồng độ 2%. Các bó xơ được ngâm trong dung dịch này và để trong 3 giờ. Sau khi xử lý, các bó xơ được rửa kỹ bằng nước chảy nhiều lần cho đến khi giá trị pH được trung hịa rồi đem sấy khơ trong khơng khí trong 3 ngày. Cuối cùng, các xơ được sấy khơ trong lị ở 80◦C trong 12 giờ. Kết quả cho thấy khả năng loại bỏ lignin và hemicellulose của silane 2% tốt hơn so với phương pháp xử lý bằng NaOH 6% [36].
Có thể thấy, cả hai phương pháp xử lý bằng NaOH và Silane đã loại bỏ được hemicellulose, hàm lượng sáp và lignin hiệu quả giúp làm sạch, làm mịn xơ. PALF được xử lý NaOH có thể loại bỏ tạp chất bề mặt tốt, trong khi xơ được xử lý silane mịn hơn, dẫn đến liên kết tốt với xơ khác.
55 Bề mặt xơ đóng vai trị rất quan trọng trong việc hỗ trợ liên kết giữa xơ khóm với các xơ khác, dẫn đến tính chất cơ học tốt hơn. Qua kết quả thử nghiệm được minh họa trong hình 1.28 đã thể hiện rõ ràng bề mặt xơ chưa được xử lý so với xơ đã được xử lý bằng NaOH và Silane của PALF. Xơ dứa chưa được xử lý cho thấy có nhiều tạp chất trên bề mặt xơ trong hình 1.28a. Hình 1.28b thể hiện bề mặt xơ được xử lý bằng NaOH, giúp cải thiện chất lượng bề mặt và làm cho bề mặt xơ rất mịn. Bề mặt mịn màng cho thấy khơng có vật lạ hay tạp chất, và những lỗ rỗng nhỏ trên bề mặt chỉ ra sự vắng mặt của lignin và hemicellulose. Bề mặt xơ PALF được xử lý bằng Silane trong hình 1.28c cũng cho thấy sự cải thiện tốt với nhiều khoảng trống. Những khoảng trống này giúp tạo liên kết liên kết mạnh mẽ trong vật liệu composite.
Ảnh hưởng đường kính: Các xơ khơng được xử lý có đường kính lớn hơn các xơ được xử lý.
Các hóa chất này đã tấn công trên cả hai bề mặt xơ và phá vỡ mạng lưới lignin và hemicellulose và sau đó tách các xơ ra khỏi các bó. Việc xử lý xơ khóm bằng 2% silane là phương pháp xử lý hiệu quả nhất trong số tất cả các phương pháp xử lý, trong khi xử lý bằng NaOH 6% cũng cho thấy tác động tốt hơn so với xơ chưa qua xử lý. Nhìn chung đường kính xơ được xử lý đã giảm, ảnh hưởng của các phương pháp xử lý khác nhau đến đường kính xơ hơi khác nhau như trong bảng 1.8.
Bảng 1.8: Đường kính, độ bền và Modul của xơ dứa (PALF) trước và sau khi xử hố chất [36]
Thí nghiệm Loại xơ Chưa xử lý Đã xử lý NaOH Silane
Diameter (𝜇𝑚) PALF 78.8 47.8 42.4
Tensile strength (MPa) PALF 290.61 432.01 629.90
Tensile modulus (MPa) PALF 5381.59 8396.76 10998.39
Ảnh hưởng độ bền: Xử lý hóa học của xơ giúp tăng cường độ bền kéo của xơ. Xử lý kiềm
cũng rất hiệu quả trong việc loại bỏ tạp chất, và hiệu quả của việc loại bỏ này phụ thuộc vào nồng độ NaOH và thời gian ngâm. Nồng độ NaOH cao hơn và thời gian ngâm lâu hơn có thể làm suy yếu xơ, ảnh hưởng đến độ bền kéo và khiến chúng dễ gãy hơn. Các nhà nghiên cứu cũng chứng minh rằng độ bền kéo của xơ được xử lý bằng silane và xơ được xử lý NaOH được cải thiện so với xơ không được xử lý [11, 33, 36]. Kết quả của nghiên cứu cho thấy rõ rằng chất xơ được xử lý với 2% silane có thể phá vỡ mạng lưới lignin và hemicellulose và
56 duy trì các tính chất cơ học của nó, xem trong bảng 1.8. Xử lý hóa học của các xơ đã tăng cường tính chất của xơ bằng cách loại bỏ lignin và hemicellulose và được gắn với cellulose. Các phương pháp xử lý NaOH, Silane đã ảnh hưởng đến các đặc tính hình thái, cấu trúc và độ bền kéo của PALF. Cả hai phương án đã loại bỏ được hemicellulose, hàm lượng sáp và lignin hiệu quả giúp làm sạch, làm mịn bề mặt xơ. So với đường kính của PALF chưa được xử lý, các bó xơ được xử lý NaOH và silane đã giảm đường kính do loại bỏ tạp chất. Các đặc tính kéo của PALF được tăng cường khi xử lý bằng silane, đối với PALF được xử lý bằng NaOH cũng cho tác dụng tương tự, nhưng nếu lựa chọn nồng độ quá cao và thời gian ngâm lâu hơn sẽ làm xơ bị tổn thương, ảnh hưởng đến các đặc tính đặc trưng như độ bền của xơ. Khoảng NaOH được kiến nghị nằm trong khoảng (từ 2-5%) và thời gian ngâm là 2-3 giờ [36].
Kết luận: Dựa vào những nghiên cứu trên ta thấy rằng Silane có tác dụng tương tự và tốt hơn
một chút so với NaOH trong việc phân tách PALF nhưng do NaOH là hóa chất phổ biến, khá dễ tìm kiếm nên trong bài nghiên cứu này phương án được lựa chọn là sử dụng hóa chất NaOH.