Những yếu tố nào lớn hơn 2.365 được xem là ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo của sản phẩm, ngược lại những yếu tố nhỏ hơn 2.365 không ảnh hưởng nhiều đến độ bền kéo. Dựa vào đồ thị, ta thấy yếu tố B (thời gian nấu) là ảnh hưởng nhiều nhất, yếu tố D (khối lượng vật liệu sản phẩm) ảnh hưởng không đáng kể đến độ bền kéo của sản phẩm. Qua đó, chúng ta cần quan tâm đến thời gian nấu, tỉ lệ khối lượng bột năng / khối lượng vật liệu, nồng độ C% Na2CO3 vì đây là các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo của sản phẩm.
❖ Theo Tải trọng bề mặt thân chuối (Weight load)
Phương trình hồi quy:
Tải trọng bề mặt (g/cm2)
= 10.03 − 1.835 A + 0.331 B + 0.267 C − 0.319 D + 0.0327 A*B + 0.0276 A*D
Bảng 4.7: Bảng tóm tắt các hệ số của phương trình hồi quy theo Tải trọng bề mặt (Weight load) (Weight load)
Yếu tố Hệ số SE Coef T-Value P-Value VIF
Hằng số 10.03 8.10 1.24 0.247
A − 1.835 0.748 − 2.45 0.037 17.62
B 0.331 0.336 0.98 0.351 32.00
C 0.267 0.340 0.79 0.452 3.64
33
Bảng 4.8: Bảng tóm tắt mơ hình (Model Summary)
S R-sq R-sq (adj) R-sq (pred)
3.98696 95.32% 92.20% 86.25%
Hệ số tương quan của phương trình hồi quy về tải trọng bề mặt khi thay đổi các yếu tố là R2 = 95.32%, hệ số tương quan dự đoán là là R2(pred) = 86.25%. Những yếu tố có giá trị P < 0.05 (độ tin cậy 95%), được xem là các yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng bề mặt của sản phẩm.
Bảng 4.9: Bảng phân tích về sự khác bieetjc của các hệ số trong phương trình hồi quy (Analysis of variance – ANOVA)
Nguồn DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Hồi quy 6 2915.50 485.917 30.57 0.000 A 1 95.54 95.538 6.01 0.037 B 1 15.39 15.392 0.97 0.351 C 1 9.82 9.816 0.62 0.452 D 1 32.27 32.274 2.03 0.188 A*B 1 25.90 25.904 1.63 0.234 A*D 1 48.39 48.393 3.04 0.115 Độ sai lệch (Error) 9 143.06 15.896 Tổng 15 3058.56 A*B 0.0327 0.0256 1.28 0.234 63.77 A*D 0.0276 0.0158 1.74 0.115 34.89
34
Hình 4.7: Lá sen trước khi sấy
Hình 4.6: Đồ thị Pareto về ảnh hưởng của các tiêu chuẩn đáp ứng theo Tải trọng bề mặt (Weight load)
Những yếu tố nào lớn hơn 2.262 được xem là ảnh hưởng lớn tải trọng bề mặt của sản phẩm, ngược lại những yếu tố nhỏ hơn 2.262 không ảnh hưởng nhiều đến tải trọng bề mặt. Dựa vào đồ thị, ta thấy yếu tố A (nồng độ C% Na2CO3) là ảnh hưởng nhiều nhất, các yếu tố còn lại như: thời gian nấu, tỷ lệ khối lượng bột năng / khối lượng vật liệu, khối lượng sản phẩm ảnh hưởng không đáng kể đến tải trọng bề mặt của sản phẩm. Qua đó, chúng ta cần quan tâm đến nồng độ C% Na2CO3 vì đây là yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng bề mặt của sản phẩm.
4.3. Kết quả sấy vật liệu lá sen
(1) (2) (3) (4)
Lá sen được cắt thành mẫu với kích thước 5x10 cm, cho vào tủ sấy với khoảng thời gian sấy mẫu 1 (15 phút); mẫu 2 (30 phút); mẫu 3 (45 phút); mẫu 4 (60 phút) trong tủ sấy với nhiệt độ 40C.
35
Mẫu 1: Sau khi sấy 15 phút, màu sắc của lá sen đã bị thay đổi, lá sen cịn ẩm,
chưa có độ dẻo dai cần thiết. Khi tác động lực bằng tay, lá mềm và dễ rách.
Mẫu 2: Sau khi sấy 30 phút, khi tăng thời gian sấy thêm 15 phút, màu của lá sen
vẫn không thay đổi, độ ẩm trong lá sen được giảm bớt nhưng ở mức phù hợp không làm lá sen bị khô. Khi tác động lực bằng tay lên lá, lá có độ dẻo dai cần thiết, khơng bị rách.
Mẫu 3: Sau khi sấy 45 phút, khi thời gian sấy lá sen là 45 phút, màu sắc của lá sen
đã bị biến đổi nhiều, cảm quan thấy được màu của lá trở nên vàng hơn. Độ ẩm trong lá giảm đi nhiều, lá trở nên khô hơn, khi tác động lực lá dễ bị rách và khơng có độ dai cần thiết để ép lá.
Mẫu 4: Sau khi sấy 60 phút, đối với mẫu này, về mặt cảm quan lá sen trở nên màu
vàng nâu, lá bị biến dạng xoắn lại. Khi tác động lực lên lá, lá bị nát thành từng mảnh, khơng cịn độ dẻo dai như mong muốn.
Qua thí nghiệm thấy được, thời gian sấy ngắn (15 phút) kiến lá sen chưa thoát được hơi nước, lá cịn độ ẩm cao khiến lá chưa có độ dai. Khi thời gian sấy quá lâu (60 phút) khiến lá bị biến đổi màu sắc, lá trở nên héo khơng có tính thẩm mỹ. Khi sấy quá lâu, hơi nước trong lá bị mất quá nhiều, trở nên dòn và dễ bị biến gãy thành mảnh nhỏ.
Ở nhiệt độ 40C thời gian sấy phù hợp với lá sen là 30 phút, tại khoảng thời gian này lá sen vẫn giữ được màu sắc như mong muốn, lá sen ở mức độ ẩm vừa đủ để lá có mức dai cần thiết, không bị khô, biến dạng lá sen.
(1) (2) (3) (4)
36
4.4. Ép lá thành phẩm
a) (b)
❖ Nhận xét:
− Lá sau khi ép vào sản phẩm có độ kết dính tốt vào phần đế đĩa.
− Ở nhiệt độ phịng đĩa có thể chứa nước hơn 4 giờ mà khơng bị rị rỉ. Có tính khả thi trong việc chứa thức ăn lỏng.
− Khả năng chịu nhiệt: Đĩa có thể chứa thức ăn nguội ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, nếu để đá viên ở nhiệt độ (0 − 5)C từ 30 phút trở lên hoặc nước nóng trên 60C thì ngay lập tức màu sắc của lá sen bị thay đổi màu (không còn màu xanh tươi như ban đầu).
− Khối lượng riêng: Kết quả cho thấy sản phẩm nặng hơn từ 5 đến 7 lần so với các sản phẩm đĩa nhựa dùng một lần phổ biến trên thị trường (0.001 g/cm3) do cấu tạo độ dày cao cùng với lớp lá chống thấm có trên bề mặt sản phẩm mà nhóm đã nghiên cứu.
Bảng 4.10: Khối lượng riêng của sản phẩm
Chiều dài (cm) Chiều rộng (cm) Chiều dày (cm) Khối lượng (g) Khối lượng riêng (g/cm3) Thân chuối 6 3 0.07 0.0587 0.005
37
4.5. Kết quả sau khi chụp phân tích sản phẩm bằng phương pháp FT – IR
(Fourrier Transformation InfraRed)
Hình 4.10: Phổ FT-IR của ảnh sản phẩm làm từ thân chuối
Để phân tích các chất có hàm lượng rất nhỏ với độ chính xác cao có trong các mẫu vật liệu người ta thường sử dụng các phương pháp: phân tích sắc ký, phương pháp điện thế, phương pháp quang…Trong đó phương háp quang là phương pháp sử dung phổ biến bởi kỹ thuật này được coi là sạch và tốt vì khơng sử dụng hóa chất, không ảnh hưởng đến sức khỏe và an tồn cho người phân tích. Phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp quang phổ hấp thu phân tử phổ biến.
Phổ hồng ngoại được sử dụng rất hiệu quả trong kỹ thuật phân tích. Một trong những phương pháp phân tích cấu trúc phân tử nhanh, khơng địi hỏi các phương pháp tính tốn phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản: các hợp chất hóa học có khả năng hấp thụ các bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc khác nhau và xuất hiện nhiều dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Trong nghiên cứu này, phương pháp FTIR được nhóm sử dụng đẻ phân tích các thành phần hóa học có trong sản phẩm đĩa, từ đó rút ra kết luận về khả năng phân hủy của các chất hữu cơ có trong sản phẩm.
Dựa vào phổ hồng ngoại FT-IR, có thể xác định các dải hấp thu đặc trưng của vật liệu vỏ ngô, thân chuối trong sản phẩm đĩa làm ra:
− Khoảng tần số 3400 − 3500 cm-1: Trong vùng bước sóng này, đường biểu đồ có đỉnh xuống, đặc trưng cho sự xuất hiện của nhóm –O-H trong sợi cellulose.
38
− Mũi hấp thu tại 2922.83 cm-1 đặc trưng cho nhóm –C-H.
− Mũi hấp thu tại 1640 cm-1 ứng với dao động uốn của nhóm –O-H trong các phân tử nước hấp phụ. Mặc dù sản phẩm đã được sấy, nhưng nước hấp phụ trong các phân tử cellulose rất khó loại bỏ hồn tồn, do tương tác cellulose - nước.
− Trong khoảng tần số 1300-1400 cm-1: Trong vùng này xuất hiện nhiều mũi hấp thu tương ứng với nhóm –O-H có trong sợi cellulose.
− Mũi hấp thu tại 1160 cm-1 đặc trưng cho nhóm –C-O-C tại liên kết β -1,4 - glicozit (liên kết nối các đơn phân D-glucose). Thể hiện thành phần tinh bột trong sản phẩm, trong quá trình chế tạo sử dụng hồ tinh bột là chất kết dính các sợi cellulose. Trong thành phần của thân cây chuối, cellulose là polymer hữu cơ đan kết trong phần đệm lignocellulose, gồm lignin và hemicellulose. Từ phân tích các phổ ta thấy được quá trình loại bỏ các thành phần khác của vật liệu để thu được sợi cellulose đã đạt được. Liên kết –O-H trong các phân tử nước hấp phụ thể hiện quá trình sấy sản phẩm chưa hiệu quả.
− Phân tích thành phần của sản phẩm cho thấy vật liệu và quá trình chế biến vật liệu sản phẩm hồn tồn từ tự nhiên, khơng tìm thấy gốc hay nhóm chất khó phân hủy nào. Cho thấy sản phẩm đĩa hồn tồn tự nhiên, có khả năng phân hủy hồn tồn, thân thiện với mơi trường.
39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Đề tài “Tối ưu hóa q trình điều chế đĩa sử dụng 1 lần từ thân cây chuối” thực hiện trong 6 tháng đã đạt được kết quả theo như mục tiêu đã đề ra như sau:
− Thông qua thực nghiệm áp dụng phương pháp ma trận trực giao Taguchi trên phần mềm Minitab gồm 16 thí nghiệm: 4 yếu tố tác động và 3 mục tiêu khác nhau. Vật liệu thân cây chuối sản phẩm đạt được chất lượng tối ưu khi: nguyên liệu phế phẩm được nấu trong vòng 45 phút, nồng độ dung dịch nấu nguyên liệu C%Na2CO3 = 10%, tỷ lệ khối lượng bột năng / khối lượng vật liệu là 10%, khối lượng vật liệu sản phẩm là 45g.
− Các chỉ số độ bền của sản phẩm đĩa từ thân cây chuối như: lực kéo là 246.9 (N), độ bền kéo là 7.77 (N/mm2), tải trọng bề mặt (g/cm2).
− Ở nhiệt độ phịng đĩa có thể chứa nước hơn 4 giờ mà khơng bị rị rỉ. Có tính khả thi trong việc chứa thức ăn lỏng.
− Khả năng chịu nhiệt: Đĩa có thể chứa thức ăn nguội ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, nếu để đá viên ở nhiệt độ (0 − 5)C từ 30 phút trở lên hoặc nước nóng trên 60C thì ngay lập tức màu sắc của lá sen bị thay đổi màu (khơng cịn màu xanh tươi như ban đầu).
− Khối lượng riêng: Kết quả cho thấy sản phẩm nặng hơn từ 5 đến 7 lần so với các sản phẩm đĩa nhựa dùng một lần phổ biến trên thị trường (0.001 g/cm3).
− Đối với lá sen thời gian sấy tối ưu là 30 phút ở 40C sẽ có khả năng chống thấm hiệu quả và vẫn giữ được màu xanh của vật liệu.
− Kết quả phổ FTIR cho thấy, sản phẩm gồm các gốc tự nhiên như sợi cellulose, tinh bột nên hồn tồn có thể tự phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên trong vòng 6 tháng.
Các sản phẩm sản xuất từ sợi chuối hoặc các bộ phận khác từ thân cây chuối sẽ có sức cạnh tranh cao trên thị trường do xu hướng tiêu dùng của người dân ngày càng thay đổi, hướng tới các sản phẩm xanh và thân thiện với môi trường.
40
2. Kiến nghị
Với những khảo sát đã thực hiện trong đề tài, để việc nghiên cứu về công nghệ sản xuất chén đĩa dùng một lần được phát triển hơn nhóm nghiên cứu có một số đề xuất sau: Nghiên cứu tính khả thi khi phối trộn các loại phế phẩm khác nhau để nâng cao chỉ số độ bền, tận dụng được các đặc tính vượt trội của các loại phế phẩm khác nhau trong cùng một sản phẩm, giảm chi phí vật liệu, hóa chất tạo điều kiện cạnh tranh với các sản phẩm nhựa dùng một lần khác.
Sản phẩm được thực hiện một cách thủ cơng tại phịng thí nghiệm nên tính thẩm mỹ chưa được cao. Tính đồng nhất giữa các mẫu thử nghiệm chưa đồng đều, bề mặt khơng được láng mịn, chất kết dính và lượng cellulose không thật sự đồng nhất. Nên cần đầu tư một số thiết bị phối trộn, ép nguyên liệu để tiết kiệm thời gian, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
Trong quá trình thực hiện tạo ra sản phẩm cần rất nhiều lượng nước để rửa sạch kiềm và quá trình nấu bột tạo ra ra mùi và dễ gây ăn mòn thiết bị nấu nếu nồng độ kiềm quá cao, gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Cần tận dụng lại nước sau khi nấu vật liệu, nếu cần châm thêm hóa chất vào để đảm bảo đúng nồng độ yêu cầu trong quá trình nấu ngun liệu. Tuy nhiên, với mục đích tái chế tạo ra sản phẩm an tồn thân thiện với mơi trường thì tính khả quan của các sản phẩm này tương đối cao góp phần giảm lượng rác thải nhựa ra ngồi mơi trường.
Ngồi ra, chính phủ nên khuyến khích và hỗ trợ các cơng trình nghiên cứu, sáng kiến chế tạo các sản phẩm từ các phụ phẩm, phế phẩm nơng nghiệp trên cả nước, góp phần giảm thiểu trình trạng rác thải đến mức báo động như hiện nay, hướng tới tạo ra các sản phẩm xanh sạch và thân thiện với môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguồn internet: http://www.monre.gov.vn. [2]. Nguồn internet: https://mof.gov.vn.
[3]. Nguồn internet: https://vi.wikipedia.org. [4]. Nguồn internet: https://vids.org.vn.
[5]. Hồng Minh (2019), “Sử dụng hiệu quả phế phẩm nơng nghiệp”, Báo Thừa Thiên Huế.
[6]. Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2016), “Nghiên cứu thu nhận bột giấy hiệu suất cao từ thân cây ngô sử dụng dung dịch H2O2 và H2SO4 có xúc tác Na2MoO4”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ lâm nghiệp, số 1.
[7]. Rajwada, Ichalkaranji, Dist-Kolhapur (M.S.), Comparative study of pulping of banana stem, International Journal of Fiber and Textile Research.
[8]. Khalsa Al-Sulaimani, Dr Priy Brat Dwivedi (September 2017), Production of handmade papers from sugar cane bagasse and banana fibers in oman, International Journal of Students’ Research In Technology & Management ISSN 2321-2543, Vol 5, No 3, pp 16-20.
[9]. Y. D. Hang* and E. E. Woodams (October 5, 2000), Corn Husks: A Potential Substrate for Production of Citric Acid by Aspergillus niger.
[10]. Đặng Văn Công (2017), Sản xuất phân ủ hữu cơ từ phụ phẩm nơng nghiệp sẵn có tại Sơn La, Tạp chí Mơi trường số chun đề II.
[11]. Trần Biên (2015), Sản xuất nhiên liệu từ “phế phẩm” cây ngô.
[12]. N.VENKATESHWARAN* AND A. ELAYAPERUMAL (2010), Banana Fiber Reinforced Polymer Composites A Review.
[13]. A. K. M. Mohiuddin*, Manas Kanti Saha, Md. Sanower Hossian and Aysha Ferdoushi (2013), Usefulness of Banana (Musa paradisiaca) Wastes in Manufacturing of Bio- products: A Review.
[14]. 2006, Trung tâm Thông tin Thương mại, Thực trạng và phương hướng phát triển sản xuất các loại cây ăn trái đến năm 2015.
[15]. Hải Hà (2018), 8 ý tưởng hay từ thân cây chuối, vnexpress.net.
[16]. TS Trần Văn Khiêm (2017), Phương phá Taguchi và ứng dụng tối ưu hóa trong chế độ cắt, Tạp chí cơ khí Việt Nam, số 4 2017.
PHỤ LỤC
1. Chỉ số trung bình của các mục tiêu và S/N theo 3 mục tiêu của thân chuối
STT Nồng độ C%Na2CO3 (%) Thời gian nấu (phút) (w/w %) Tỉ lệ bột Độ dày sản phẩm (mm) TB lực kéo thân chuối (N) TB Độ bền kéo thân chuối (N/mm2) Tải trọng thân chuối (g/cm2) S/N theo 3 mục tiêu thân chuối 1 5 15 5 0.4 82.88 3.84 2.36 10.83 2 5 30 10 0.7 139.67 4.99 7.36 17.08 3 5 45 15 1 177.07 7.11 12.06 20.51 4 5 60 20 1.3 158.03 4.57 21.51 17.78 5 10 15 10 1 68.50 4.21 4.67 14.66 6 10 30 5 1.3 140.13 6.96 15.98 20.86 7 10 45 20 0.4 131.15 5.98 31.64 20.14 8 10 60 15 0.7 224.55 7.77 33.40 22.34 9 15 15 15 1.3 99.50 4.17 3.00 12.50 10 15 30 20 1 66.75 3.83 17.54 16.23 11 15 45 5 0.7 203.20 9.68 24.27 23.84 12 15 60 10 0.4 252.17 6.81 38.40 21.29 13 20 15 20 0.7 124.30 5.49 4.42 15.51 14 20 30 15 0.4 160.70 8.65 11.51 21.56 15 20 45 10 1.3 208.27 6.20 38.63 20.51 16 20 60 5 1 220.23 4.93 45.42 18.58
2. Chỉ số lực kéo 3 lần đo của thân chuối STT Nồng độ C%Na2CO3 (%) Thời gian nấu (phút) Tỉ lệ bột (w/w %) Độ dày sản phẩm (mm) Lực kéo 1 (N) Lực kéo 2 (N) Lực kéo 3 (N) Độ lệch chuẩn S/N lực kéo thân chuối 1 5 15 5 0.4 80.83 86.7 81.1 3.31 38.36 2 5 30 10 0.7 149.2 153.1 116.7 19.99 42.70 3 5 45 15 1 161.5 184 185.7 13.51 44.91