1.4.1.1. Compozit xơ - sợi tự nhiên
Pha nền đóng vai trò quyết định trong tính năng của vật liệu compozit polyme. Nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo đều được sử dụng nhiều làm nhựa nền cho vật liệu compozit. Trong compozit nền nhựa nhiệt rắn, khi đóng rắn nhựa tạo nên những liên kết ngang, cấu trúc mạng lưới ba chiều. Nhờ đó vật liệu bền dung môi, dai và bền dão. Công nghệ chế tạo compozit nhựa nhiệt rắn/sợi tự nhiên có thể là lăn tay, phun, đúc chuyển nhựa, thấm hút chân không, …sợi tự nhiên ở đây thường được dùng ở dạng dải, tấm mát. Nhựa nhiệt dẻo có những ưu điểm riêng của mình. Một trong số đó là chi phí sản xuất thấp, có thể thiết kế linh hoạt và dễ dàng cho những sản phẩm đúc phức tạp. Tuy nhiên khi gia công nhiệt độ bị giới hạn, thấp hơn 200 oC nhằm tránh phân hủy nhiệt sợi tự nhiên. Công nghệ gia công gồm việc đùn những thành phần tại nhiệt độ nóng chảy thành hình dạng mong muốn như đúc phun, tạo hình nhiệt,… Tuy nhiên sợi tự nhiên thì ưa nước còn nhựa nhiệt dẻo lại kỵ nước, liên kết hydro giữa các sợi sẽ rất mạnh dẫn tới giữ các sợi với nhau, phân bố trong nhựa kém. Vì vậy cần xử lý sợi hoặc sử dụng thêm các gia công bên ngoài để có thể làm giảm vấn đề này.
1.4.1.2. Ứng dụng của compozit sợi tự nhiên
Khoảng một thế kỷ trước đây, gần như mọi nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiều sản phẩm trong gia đình và sản phẩm công nghệ đều từ các nguyên liệu dệt tự nhiên. Ví dụ như vải dệt, lều, dây thừng và cả giấy đều làm từ sợi tự nhiên như sợi lanh, sợi gai. Với việc ra đời và phát triển nhanh chóng của các loại chất dẻo thì những ứng dụng của sợi tự nhiên đã bị hạn chế rất nhiều. Ngày nay, việc sử
dụng sợi tự nhiên trong công nghiệp chủ yếu là do tính đến yếu tố giá cả và thương mại hơn là nhu cầu về công nghệ. Tại Châu Âu, thị trường compozit sợi tự nhiên năm 2005 đạt từ 50-70 ngàn tấn, và mục tiêu là 100 ngàn tấn vào năm 2010. Hiện nay, compozit sợi tự nhiên chủ yếu ứng dụng trong nội thất ô tô, bởi đây là nhu cầu rất lớn. Có thể lấy ví dụ như bộ phận cửa, ghế ngồi sau, phần đầu, ngăn chứa đồ, bảng đồng hồ, thùng để hành lý đằng sau,…Sự phát triển của compozit sợi tự nhiên trong các bộ phận của ô tô tăng trưởng hàng năm tới 54%. Hiện nay, người ta đang nghiên cứu chế tạo một loại xe gọi là Ecocar – xe của tương lai, từ các tấm compozit sợi tự nhiên với nền nhựa có thể phân hủy sinh học, chạy bằng nhiên liệu sinh học. Ngoài ra còn một số sản phẩm khác như: tấm panel (dạng sandwich) lợp mái, cửa, vách ngăn, thân thuyền, nội thất trong nhà,..v.v.
1.4.2. Vật liệu PC có pha phân tán là xơ da [13-24]
Trong số các vật liệu dạng xơ và sợi tự nhiên thì xơ da đặc biệt được chú ý bởi các đặc tính ưu việt của nó mà không có loại xơ tự nhiên nào có được. Trên thế giới, nhiều công trình nghiên cứu đã được tiến hành nhằm tận dụng các đặc tính quý của xơ collagen có trong da để sản xuất ra các vật liệu mới. Việc tái chế các chất thải rắn của ngành Da - Giầy không chỉ nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học mà còn là vấn đề được các hãng sản xuất lớn trên thế giới đầu tư nghiên cứu.
Đây cũng chính là hướng nghiên cứu chủ đạo để giải quyết vấn đề tái chế phế liệu da thuộc của công đoạn sản xuất giầy trên thế giới hiện nay
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện bởi các nhóm nghiên cứu đến từ các trường đại học và các viện nghiên cứu trên thế giới nhằm phối trộn xơ da với các nền polyme khác nhau để chế tạo vật liệu tổ hợp.
Rất nhiều vật liệu polyme đã được thử nghiệm để làm pha nền cho vật liệu tổ hợp có pha phân tán là xơ da. Các nền polyme này rất đa dạng có thể là các nhựa nhiệt rắn như: epoxy, polyeste không no, nhựa gốc phenol; các nhựa nhiệt dẻo như:
polyvinyl butyral; plyvinyl clorua, polymethyl metha acrylate…; các loại cao su
Ferreira và cộng sự [20] đã sử dụng phế thải của công đoạn chải thô và sản xuất giầy làm vật liệu gia cường cho vật liệu compozit có nền là cao su tái chế.
Olszewska [22] đã tiến hành phân rã da thuộc crom theo nhiều giai đoạn khác nhau để thu được các bào da và hạt da mài và phối hợp chúng với cao su Nitril nhằm chế tạo các vật liệu tổ hợp có khả năng phân hủy sinh học.
Santana và Moreno [23] đã tiến hành nghiền xé phế liệu da nappa của quá trình sản xuất giầy sau đó biến tính chúng trước khi dùng làm cốt cho vật liệu compozit có nền là poly methyl mathacrylate.
Nahar thuộc đại học Malaya, Malaysia [24] đã tiến hành tái chế các loại da đã thuộc bằng các chất thuộc khác nhau bằng cách phối trộn chúng với polyeste để tạo thành vật liệu compozit.
Một nhóm nhà khoa học Nhật Bản đã phát kiến ra ý tưởng tái sử dụng xơ colagen của da thuộc để sản xuất các vật liệu compozit có khả năng chịu nhiệt dùng làm tóc giả.
Các nghiên cứu cơ bản này đều chỉ ra rằng các tính chất cơ học và hình thái học của vật liệu tổ hợp từ xơ da sẽ phụ thuộc nhiều vào điều kiện gia công, công nghệ phối trộn xơ da và polyme nền cũng như tỷ lệ giữa pha phân tán và pha liên tục.
Một trong những chương trình tái chế phế liệu rắn của ngành da giầy đáng chú ý hiện nay được thực hiện bởi các nhà công nghiệp là chương trình “Reuse-A- Shoe” của hãng giầy thể thao NIKE. Sản phẩm nổi bật của chương trình này là NIKE GRIND. Kể từ năm 1990, NIKE đã tiến hành tái chế 28 triệu đôi giầy cũ và hơn 36.000 tấn chất thải rắn của quá trình sản xuất giầy .
HÌNH 1.10: Vật liệu tái chế Nike Grind
Chương trình này hiện đang được triển khai tại Úc, Canada, Nhật, Vương quốc Anh và Mỹ. Hiện nay, NIKE có hai nhà máy sản xuất vật liệu NIKE GRIND đặt tại vương quốc Bỉ và Mỹ.