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
0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7
Thời gian phơi mẫu (tháng)
đ ộ d ã n d à i k h i ự ứ t c ò n l ạ i (% ) LDPE 3 lớp
Hình 3.30. độ dãn dài khi ựứt của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình phơi mẫu tự nhiên
Kết quả cho thấy, ựối với màng ựơn lớp thì sau hơn 3 tháng, ựộ bền kéo ựứt giảm còn 78%, ựộ dãn dài khi ựứt ựã giảm xuống dưới 50%, tức là màng ựã bị hỏng. Trong khi ựó màng 3 lớp chứa phụ gia chống UV vẫn duy trì ựược ựộ bền kéo ựứt và ựộ dãn dài khi ựứt còn lại khá cao sau 6 tháng.
3.2.2.2. Chỉ số cacbonyl
Chỉ số cacbonyl của các mẫu màng trong quá trình phơi mẫu tự nhiên ựược biểu diễn trên hình 3.31.
Hình 3.31. Chỉ số cacbonyl của màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp trong quá trình phơi mẫu tự nhiên
Kết quả cho thấy, chỉ số cacbonyl của màng LDPE tăng nhanh theo thời gian phơi mẫu, sau 3 tháng chỉ số cacbonyl là 0,153. Sau 4 tháng, tức là khi màng ựã hỏng hoàn toàn thì chỉ số cacbonyl là 0,215, gần với chỉ số cacbonyl sau 30 chu kỳ gia tốc thời tiết. đối với màng 3 lớp, sau 6 tháng phơi mẫu, chỉ số cacbonyl tăng không ựáng kể so với màng ban ựầu (từ 0,155 lúc ban ựầu do sự có mặt của nhóm C=O trong EVA, tăng ựến 0,172 sau 6 tháng phơi mẫu), chứng tỏ màng có khả năng chống oxy hóa quang khá tốt.
3.2.2.3. Phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của màng LDPE ựơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu, màng 3 lớp ban ựầu và sau 6 tháng phơi mẫu ựược biểu diễn trong các hình từ 3.32 ựến 3.34.
Hình 3.32. Phổ hồng ngoại của màng LDPE ựơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu tự nhiên
Hình 3.33. Phổ hồng ngoại của màng LDPE 3 lớp trước khi phơi mẫu tự nhiên
Hình 3.34. Phổ hồng ngoại của màng LDPE 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên
Quan sát thấy rằng, pic 1704cm-1 ựặc trưng cho nhóm C=O trên phổ hồng ngoại của màng ựơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu xuất hiện với cường ựộ mạnh. Trong khi ựó ở màng 3 lớp ban ựầu ựã xuất hiện pic 1738cm-1 ựặc trưng cho nhóm C=O trong EVA, tuy nhiên sau 6 tháng phơi mẫu, pic ở vị trắ này có cường ựộ gần như không thay ựổị điều này một lần nữa khẳng ựịnh ựộ bền oxy hóa quang của màng 3 lớp.
3.2.2.4. Phổ UV-vis
Phổ UV-vis của màng 3 lớp trước và sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên ựược trình bày trên hình 3.35.
Hình 3.35. Phổ UV-vis của màng LDPE 3 lớp trước (1) và sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên (2)
Phổ UV-vis của màng 3 lớp xuất hiện pic ựặc trưng trong vùng 220- 230nm. Sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên, cường ựộ của pic tại vị trắ này giảm không ựáng kể chứng tỏ phụ gia ổn ựịnh quang vẫn duy trì hiệu quả, mức ựộ hao hụt không ựáng kể.
3.2.2.5. Hình thái học bề mặt
Ảnh SEM của màng ựơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu và màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu ựược trình bày trên hình 3.36.
Màng LDPE sau 4 tháng phơi mẫu Màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu
Hình 3.36. Ảnh SEM của các mẫu màng LDPE ựơn lớp và 3 lớp sau khi phơi mẫu tự nhiên
Bề mặt màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên có dấu vết của sự phá hủy, tuy nhiên những vết này không lớn và phân bố tương ựối ựềụ Màng ựơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu có mức ựộ phá huỷ bề mặt nhiều hơn, với kắch thước lớn hơn.
3.2.2.6. Hiệu quả chống ựọng sương
Màng 3 lớp ban ựầu và sau 6 tháng phơi mẫu ựược thử nghiệm khả năng chống ựọng sương. Kết quả ựược trình bày trên hình 3.37.
Màng 3 lớp ban ựầu Màng 3 lớp ban ựầu sau 25 ngày thử nghiệm chống ựọng sương
Màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu Màng 3 lớp phơi mẫu 6 tháng sau 25 ngày thử nghiệm chống ựọng sương
Hình 3.37. Hiệu quả chống ựọng sương của màng LDPE 3 lớp trước và sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên
Kết quả cho thấy màng 3 lớp ban ựầu có khả năng chống ựọng sương rất tốt (ở thang E). Sau 25 ngày thử nghiệm, khả năng chống ựọng sương ở thang DẸ điều này chứng tỏ phụ gia chống ựọng sương ựã bị hòa tan một phần, làm giảm khả năng chống ựọng sương của màng.
đối với màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên thì màng vẫn duy trì ựược khả năng chống ựọng sương ở thang DẸ Tuy nhiên khi thử nghiệm thêm 25 ngày nữa thì màng bị giảm khả năng chống ựọng sương xuống thang CD. Như vậy là trong ựiều kiện phơi mẫu tự nhiên, màng duy trì ựược khả năng chống ựọng sương sau 6 tháng phơi mẫụ
3.2.2.7. đánh giá tuổi thọ của màng 3 lớp
để ựánh giá tuổi thọ của màng 3 lớp, có thể căn cứ vào kết quả ựo tắnh chất cơ lý và chỉ số cacbonyl trong các thử nghiệm phơi mẫu tự nhiên và gia tốc thời tiết. Kết quả cho thấy, ựối với màng LDPE ựơn lớp thì sau hơn 3 tháng ựộ dãn dài khi ựứt ựã giảm xuống dưới 50%, tức là màng ựã hỏng. Trong khi ựó với thử nghiệm gia tốc thời tiết thì sau khoảng 20 chu kỳ, tức 10 ngày thử nghiệm màng ựã bị hỏng. Như vậy màng ựối chứng bị hư hỏng trong thử nghiệm gia tốc thời tiết nhanh hơn phơi mẫu tự nhiên khoảng 10-12 lần.
đối với màng 3 lớp, ựộ dãn dài khi ựứt và ựộ bền kéo ựứt có giảm nhưng rất ắt sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên. Do vậy chưa thể kết luận tốc ựộ hư hỏng so với thử nghiệm gia tốc thời tiết. Tuy nhiên do thử nghiệm gia tốc thời tiết thì khắc nghiệt hơn rất nhiều so với phơi mẫu tự nhiên, trong khi theo những kết quả ựã nghiên cứu ở trên thì phụ gia HALS có tác dụng rất tốt trong việc duy trì ựộ bền của màng. Do ựó chênh lệch về tốc ựộ hư hỏng trong quá trình gia tốc thời tiết và phơi mẫu tự nhiên của màng 3 lớp chứa HALS phải cao hơn so với màng ựơn lớp. Vì vậy có thể căn cứ vào tốc ựộ hư hỏng của màng ựơn lớp làm chuẩn, tức là quá trình hư hỏng trong thử nghiệm gia tốc thời tiết nhanh hơn phơi mẫu tự nhiên 10 Ờ 12 lần. Cả hai loại màng này