Chỉ số cacbonyl trong các mẫu màng trong quá trình thử nghiệm gia tốc thời tiết ựược biểu diễn trên bảng 3.9 và hình 3.19.
Bảng 3.9. Chỉ số cacbonyl của các mẫu màng LDPE có và không có phụ gia chống oxy hoá trong quá trình gia tốc thời tiết
Chu kỳ LDPE Chứa phụ gia chống oxi hóa (AO) Chứa Tinuvin 783 Chứa hỗn hợp T783 và chất chống oxi hóa 0 0,03 0 0,034 0 2 0,046 0,023 4 0,093 0,028 10 0,135 0,036 0,014 20 0,185 0,057 0,04 0,019 40 0,065 0,043 0,024 60 0,074 0,048 0,032 80 0,051 0,038
Chỉ số cacbonyl tăng nhanh trong 20 chu kì gia tốc thời tiết ựối với màng LDPE thường. Ở màng chỉ chứa hỗn hợp phụ gia chống oxy hoá, chỉ số cacbonyl tăng chậm trong 20 chu kỳ ựầu và tăng nhanh ở giai ựoạn saụ Màng chỉ chứa Tinuvin 783 và màng chứa hỗn hợp hai phụ gia HALS và chất chống oxi hóa có tốc ựộ hình thành các nhóm cacbonyl không ựáng kể với tốc ựộ tăng rất nhỏ.
Hình 3.19. Chỉ số cacbonyl của các mẫu màng LDPE có và không có phụ gia chống oxy hoá trong quá trình gia tốc thời tiết
3.1.2.3. Phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của màng LDPE và màng chứa hỗn hợp phụ gia T783 và chống oxi hóa sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết ựược biểu diễn trên hình 3.20 và 3.21.
Hình 3.21. Phổ hồng ngoại của màng LDPE chứa Tinuvin 783 và hỗn hợp phụ gia chống oxy hóa sau 60 chu kỳ gia tốc thời tiết
Có thể thấy rằng sau 12 chu kỳ gia tốc thời tiết, phổ hồng ngoại của màng LDPE xuất hiện pic lớn ở 1740cm-1, có nghĩa màng ựã bị oxi hóa dẫn tới sự hình thành các nhóm C=Ọ Còn ựối với màng chứa hỗn hợp phụ gia T783 và chống oxi hóa sau 60 chu kì, pic ở vị trắ này xuất hiện với cường ựộ rất nhỏ do ựược hạn chế quá trình oxi hóa nên sự hình thành các nhóm C=O ắt hơn so với màng LDPE ban ựầụ điều này chứng tỏ hỗn hợp hai phụ gia là phù hợp ựể lập công thức chế tạo màng phủ nhà lưới bền UV.
3.1.3. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống ựọng sương
Màng phủ nhà lưới, nhà vườn từ nhựa PE thường không có ái lực với nước. Do ựó, nước sẽ ngưng tụ thành dạng giọt tròn trên màng, làm giảm ựộ truyền sáng và thường nhỏ giọt, thậm chắ chảy thành dòng bên trong nhà lưới, gây tổn hại cơ học cũng như nguy cơ nhiễm bệnh cho cây trồng. Phụ gia chống ựọng sương ựược bổ sung vào màng nhằm cải thiện khả năng thấm ướt của màng. Phụ gia chống ựọng sương thường là các chất hoạt ựộng bề mặt, các chất này sẽ di chuyển lên bề mặt ựể làm thay ựổi sức căng bề mặt. đồng
thời, một lương nhỏ chất hoạt ựộng bề mặt tan trong giọt nước sẽ làm giảm sức căng bề mặt của nước.
Hiệu quả chống ựọng sương của các mẫu màng ựược trình bày trên hình 3.22.
LDPE trước LDPE sau 25 ngày
LDPE + Atmer 103 trước LDPE + Atmer 103 sau 25 ngày
LDPE + AAG-2 trước LDPE + AAG-2 sau 25 ngày
Hình 3.22. Hiệu quả chống ựọng sương của các phụ gia trong màng LDPE
Dựa vào thang ựối chiếu ở bảng 2.3 thấy rằng, màng LDPE có hiệu quả chống ựọng sương ở thang BC. Màng chứa 1% Atmer 103 và 1% AAG-02 thì
hiệu quả cùng ở thang Ẹ Sau 25 ngày thử nghiệm liên tục, hiệu quả chống ựọng sương của màng LDPE vẫn ở trong thang BC trong khi hiệu quả của màng chứa Atmer 103 ở thang DẸ Hiệu quả của màng chứa AAG-02 ựã giảm xuống thang D. điều này chứng tỏ phụ gia chống ựọng sương ựã bị hòa tan một phần, dẫn ựến giảm hiệu quả chống ựọng sương [87].
Khi nước có trên bề mặt polyme hòa tan một số phân tử phụ gia, gradient nồng ựộ ựược thiết lập từ bên trong màng tới bề mặt và phụ gia bắt ựầu di chuyển. Sự di chuyển này làm tăng nồng ựộ phụ gia trên bề mặt.
để hiệu quả chống ựọng sương có tác dụng lâu dài, thì tốc ựộ tan trong nước và tốc ựộ di chuyển của phụ gia phải cân bằng một cách hợp lý. Nếu tốc ựộ hòa tan trong nước của phụ gia cao hơn tốc ựộ di chuyển thì màng sẽ bị mất tắnh chất chống ựọng sương do nồng ựộ phụ gia trên bề mặt thấp, mặc dùắ nồng ựộ phụ gia trong lòng polyme có thể vẫn còn caọ Ngược lại, nếu tốc ựộ di chuyển của phụ gia quá cao, việc duy trì tắnh chất chống ựọng sương chỉ phụ thuộc vào ựộ tan trong nước của phụ giạ
Trong trường hợp này, tốc ựộ di chuyển của 2 phụ gia AAG-02 và Atmer 103 là tương ựương nhau, nhưng do phụ gia Atmer 103 có ựộ tan trong nước (0,012g/l, ở 250C) nhỏ hơn AAG-02 (0,07 g/l, ở 250C) nên Atmer 103 duy trì ựược hiệu quả chống ựọng sương cao hơn AAG-02.
Tóm tắt kết quả phần 3.1
- Hiệu quả chống oxi hóa quang của các phụ gia với màng LDPE tăng theo thứ tự Tinuvin 326 < Tinuvin 622 < Tinuvin 783.
- Tắnh chất cơ lý của màng LDPE tăng khi chiều dày màng tăng, tuy nhiên ựộ truyền qua của màng lại giảm.
- Quá trình gia tốc thời tiết làm tăng nhanh chỉ số cacbonyl của màng LDPẸ Sự có mặt của phụ gia HALS làm giảm sự hình thành các nhóm
cacbonyl. Kết quả ựược thể hiện qua cường ựộ của nhóm C=O trên phổ hồng ngoạị
- Sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết, ựộ kết tinh của các mẫu màng ựều tăng do sự hình thành các nhóm oxy hóa kèm theo quá trình ngắt mạch. Quá trình phân hủy tạo ra những vết nứt và khoảng trống trên bề mặt màng với các mức ựộ khác nhaụ
- Phụ gia HALS là phụ gia ựa chức năng, vừa có tác dụng ổn ựịnh quang, vừa có tác dụng chống oxi hóa nhiệt. Tuy nhiên, hỗn hợp phụ gia T783 và các phụ gia chống oxy hóa Irganox 1010, Irgafos 168 cho hiệu quả ổn ựịnh oxy hóa quang và nhiệt cao nhất.
- Phụ gia chống ựọng sương sorbitan stearat (Atmer 103) có hiệu quả cao hơn phụ gia N-stearyl dietanol amin mono stearat (AAG-02).
3.2. Chế tạo và nghiên cứu tắnh chất của màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết bền thời tiết
đối với màng phủ nhà lưới, ngoài thành phần (bản chất, hàm lượng các loại phụ gia) thì cấu trúc của màng (một hoặc nhiều lớp) cũng ựược ựiều chỉnh cho phù hợp với ựiều kiện khắ hậu cụ thể mà chúng tiếp xúc trong quá trình sử dụng. Vật liệu phổ biến nhất với giá thành hợp lý là màng LDPE ựơn lớp, trong ựó phụ gia ựược ựưa vào trước quá trình ựùn thổị Ngoài ra, vẫn có những loại vật liệu ưu việt với tuổi thọ cao hơn, khả năng lọc UV và bền thời tiết cũng cao hơn. Trong số ựó, loại ựược nghiên cứu và khảo sát nhiều nhất là màng LDPE ựa lớp với số lớp có thể là 3, 5, 7 [128]. Rất ắt thông tin công bố về ảnh hưởng của ựiều kiện lão hóa môi trường của thời tiết tới tắnh chất của màng phủ nhà lưới polyetylen. Hơn nữa những nghiên cứu trước chủ yếu ựược tiến hành với màng LDPE ựơn lớp trong khắ hậu ôn hòa, xem xét ảnh
hưởng của hàm lượng phụ gia nhằm cải thiện hiệu quả của màng mà ắt quan tâm tới tuổi thọ lâu dài của màng PẸ Gần ựây, một số tác giả ựã nghiên cứu ảnh hưởng của ựiều kiện thời tiết khắc nghiệt tới quá trình lão hóa tự nhiên và nhân tạo (dài hạn) của màng phủ nhà lưới 3 lớp trên cơ sở LDPẸ Tuy nhiên, ựối tượng nghiên cứu là màng 3 lớp thương mại với công thức ựược giữ bắ mật, do vậy làm rõ mối liên hệ giữa thành phần của màng và hiệu quả cũng như tuổi thọ của nó cũng không phải dễ dàng. Bởi vậy, trong mục này chúng tôi nghiên cứu quá trình lão hóa của màng phủ nhà lưới ba lớp chế tạo ựược và màng LDPE có cùng chiều dày trong ựiều kiện gia tốc thời tiết và phơi mẫu tự nhiên nhằm so sánh, ựánh giá tuổi thọ của 2 màng.
Hầu hết các ứng dụng ban ựầu của màng sử dụng trong nông nghiệp ựã là các loại màng ựơn lớp. Các phụ gia chống ựọng sương sẽ di chuyển tới cả 2 bề mặt của màng nên sẽ làm tăng khả năng bị rửa trôi của phụ gia bởi nước từ bên ngoài màng. điều này ựã ựưa ra một gợi ý về việc kéo dài tuổi thọ của màng. Chỉ có một cách ựể làm tăng thời gian sống của phụ gia chống ựọng sương là tăng bề dày của màng, do ựó sẽ làm tăng khu vực chứa phụ gia cho quá trình di chuyển lên bề mặt, nhưng ựiều ựó sẽ làm giảm các thông số như ựộ truyền quang và tăng chi phắ sản xuất.
Các màng phủ nhà lưới trên cơ sở LDPE thương mại ngày nay ựều là màng ựa lớp ựược sản xuất theo công nghệ ựùn ựồng thời với 4 Ờ 10% EVA ựể tăng tắnh ựàn hồi, tăng ựộ bền cơ học, tăng khả năng chắn UV. Hiệu quả của EVA ựối với màng LDPE ựược ựưa ra trong bảng 3.10 [128]:
Bảng 3.10. Tắnh chất cơ học của màng LDPE có và không có EVA độ dãn dài khi ựứt, % độ bền kéo ựứt, N/cm2 Màng Dọc Ngang Dọc Ngang độ dão, % Không có EVA 550 500 1825 1817 8 Có 10 % EVA 623 600 1830 1792 24
Công nghệ màng ựa lớp ựem lại nhiều lợi ắch vượt trội so với màng ựơn lớp. Từng lớp riêng biệt có thể cung cấp những hỗn hợp riêng theo yêu cầu cụ thể. Vắ dụ nồng ựộ của phụ gia chống ựọng sương thường xuyên cao hơn ựáng kể ở lớp trong cùng. điều này giúp nâng cao hiệu quả làm việc của từng lớp màng và hạn chế tối ựa ảnh hưởng của thời tiết. Thực tế, vì phụ gia chống ựọng sương bị rửa trôi từ lớp bề mặt, nên nó ựược bù lại bằng sự khuếch tán từ lớp trong cùng tới lớp bề mặt ựược tạo ra bởi gradient nồng ựộ. Một vắ dụ khác là việc sử dụng phụ gia EVA ở lớp giữạ Cùng với các lợi ắch trên, EVA thêm vào màng cũng có một vài bất lợị Chúng ựàn hồi với ựộ dão cao, dắnh, dẫn tới hút bụi mạnh và do ựó làm mất ựộ trong trong khoảng thời gian ngắn. Những vấn ựề này có thể ựược giải quyết nếu tỉ lệ EVA trong màng cao và ựược ựưa vào giữa 2 lớp màng PE [128].
Dựa trên các nghiên cứu về phụ gia ở phần trên cùng với tham khảo các tài liệu về màng ựa lớp chúng tôi thổi ựược màng 3 lớp với công thức phù hợp ựã ựưa ra trong phần 2.4.2. Tiếp theo chúng tôi tiến hành nghiên cứu ựộ bền và tuổi thọ của màng 3 lớp trên cơ sở LDPE/EVA trong ựiều kiện gia tốc thời tiết và phơi mẫu tự nhiên.
3.2.1. Nghiên cứu tắnh chất của màng phủ nhà lưới ba lớp trong ựiều kiện gia tốc thời tiết
3.2.1.1. Tắnh chất cơ lý
Tắnh chất cơ lý, ựặc biệt là tắnh chất kéo, có ảnh hưởng quyết ựịnh ựến tuổi thọ của màng phủ nhà lướị Trong ựó, ựộ dãn dài khi ựứt và ựộ bền kéo ựứt là 2 chỉ số tin cậy ựể ựánh giá mức ựộ phân hủy do quá trình oxi hóa quang của màng phủ nhà lướị Khi ựộ dãn dài khi ựứt và ựộ bền kéo ựứt của màng bị giảm xuống dưới 50% giá trị ban ựầu thì màng bị coi là mất giá trị sử dụng. Kết quả ựo ựộ bền kéo ựứt của màng ựơn lớp LDPE và màng ba lớp trong quá trình gia tốc thời tiết ựược biểu diễn trên bảng 3.11. Sự suy giảm ựộ bền kéo ựứt và ựộ dãn dài khi ựứt của 2 mẫu màng ựược biểu diễn trên hình 3.23 và 3.24.
Bảng 3.11. độ bền kéo ựứt (N/cm2) của màng LDPE ựơn lớp và màng 3 lớp trong quá trình gia tốc thời tiết
Mẫu màng Chu kỳ LDPE 3 lớp 0 2341 2354 10 1844,4 16 1601,3 20 1302,8 2311,6 40 2297,5 60 2271,6 80 2205,7 100 2064,5
Hình 3.23. độ bền kéo ựứt còn lại của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình gia tốc thời tiết
Hình 3.24. độ dãn dài khi ựứt còn lại của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình gia tốc thời tiết
Kết quả cho thấy ựộ bền kéo ựứt của màng 3 lớp hầu như không giảm sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết. độ dãn dài khi ựứt vẫn duy trì ựược >65% giá trị ban ựầụ độ bền kéo ựứt và ựộ dãn dài khi ựứt của màng ựơn lớp giảm
trải qua 20 chu kỳ gia tốc thời tiết. điều này chứng tỏ sự có mặt của các phụ gia ổn ựịnh quang và chống oxi hóa trong màng 3 lớp ựã làm giảm rõ rệt tốc ựộ suy giảm tắnh chất cơ lý của màng.
3.2.1.2 Chỉ số cacbonyl
Mức ựộ oxi hóa quang của màng ựược thể hiện qua chỉ số cacbonyl. Chỉ số cacbonyl của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình gia tốc thời tiết ựược biểu diễn trên hình 3.25.
Hình 3.25. Chỉ số cacbonyl của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình gia tốc thời tiết
Kết quả cho thấy chỉ số cacbonyl của màng ựơn lớp tăng rất nhanh theo thời gian gia tốc thời tiết. Sau 12 chu kỳ, khi màng ựã bắt ựầu hư hỏng thì chỉ số cacbonyl là 0,155. Trong khi ựó chỉ số này ở màng 3 lớp có chứa phụ gia HALS thay ựổi không ựáng kể sau 100 chu kỳ thử nghiệm. Chỉ số cacbonyl của màng 3 lớp ban ựầu là 0,152. Sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết giá trị CI là 0,17 chứng tỏ khả năng ngăn ngừa quá trình oxi hóa quang của các phụ gia là rất tốt.
3.2.1.3 Phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của màng 3 lớp ban ựầu và sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết ựược biểu diễn trên các hình 3.26 và 3.27.
Hình 3.26. Phổ hồng ngoại của màng LDPE 3 lớp ban ựầu
Hình 3.27. Phổ hồng ngoại của màng LDPE 3 lớp sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết
Quan sát thấy rằng phổ hồng ngoại của màng 3 lớp ban ựầu xuất hiện pic tại 1738 cm-1 ựặc trưng cho liên kết C =O trong vinylaxetat của EVẠ Sau
100 chu kỳ gia tốc thời tiết nhưng diện tắch pic tại vị trắ 1740cm-1 trên phổ hồng ngoại của màng ựa lớp thay ựổi không ựáng kể, chứng tỏ phụ gia trong màng 3 lớp ựa phát huy tối ựa hiệu quả ổn ựịnh quang.
3.2.1.4. Hình thái học bề mặt
Hình thái học bề mặt màng ựược ựánh giá bằng phương pháp chụp ảnh hiển vi ựiện tử quét (SEM). Kết quả ựược trình bày trên hình 3.28.
Màng LDPE sau 20 chu kỳ Màng 3 lớp sau 100 chu kỳ
Hình 3.28. Ảnh SEM của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp sau khi thử nghiệm
gia tốc thời tiết
Ảnh SEM cho thấy bề mặt màng ựã có sự khác biệt sau thời gian thử nghiệm gia tốc thời tiết. Màng LDPE ựơn lớp chỉ sau 20 chu kỳ thử nghiệm gia tốc thời tiết ựã bị hư hỏng nặng, bề mặt màng bị phá hủy rõ rệt, các vết nứt to và ăn sâu vào trong màng. Màng 3 lớp sau thời gian thử nghiệm dài hơn nhiều là 100 chu kỳ gia tốc thời tiết, bề mặt màng bắt ựầu có dấu hiệu của sự phá hủỵ Tuy nhiên, các vết nứt nhỏ hơn nhiều, sự hư hỏng bề mặt không lớn.
3.2.2. Nghiên cứu tắnh chất của màng phủ nhà lưới ba lớp trong ựiều kiện phơi mẫu tự nhiên
3.2.2.1. Tắnh chất cơ lý
Kết quả ựo tắnh chất cơ lý của màng 3 lớp và màng LDPE trong ựiều kiện phơi mẫu tự nhiên ựược biểu diễn trong bảng 3.12. và trên các hình 3.29 và 3.30.
Bảng 3.12. độ bền kéo ựứt(N/cm2) của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình phơi mẫu tự nhiên
Tháng Mẫu màng 0 1 2 3 4 5 6 LDPE 2314 2068,7 1906,7 1804,9 1661,5 1483,3 1339,8 3 lớp 2354 2306,9 2241 2191,6 2135,1 2078,6 2012,7 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7
Thời gian phơi mẫu (tháng)
đ ộ b ề n k é o ự ứ t c ò n l ạ i (% ) LDPE 3 lớp
Hình 3.29. độ bền kéo ựứt của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình phơi mẫu tự nhiên