sung glyoxal để tạo liên kết crosslink tăng độ bền cho màng
Mục đích thí nghiệm
Tổng hợp màng polymer tự phân hủy sinh học tương tự ở thí nghiệm 1, sử dụng tinh bột sắn biến tính acetate thay thế cho tinh bột sắn, bổ sung thêm phụ gia là dung dịch glyoxal 40 %.
Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm đổ màng được bố trí kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn như bảng 3.4.
Yếu tố thí nghiệm là ảnh hưởng của tinh bột biến tính acetate và tỷ lệ bổ sung glyoxal trong công thức đổ màng lên các tính chất cảm quan của màng.
Quy trình đổ màng được đảm bảo giống nhau với các nghiệm thức. Mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần.
Bảng 3.4. Bố trí thí nghiệm đổ màng thí nghiệm 4 Lặp lại Mẫu màng Lần 1 B2 B0 B1 B3 Lần 2 B0 B2 B3 B1 Lần 3 B1 B0 B3 B2 Phƣơng pháp tiến hành
Tiến hành thí nghiệm và sử dụng các công thức tạo màng tương tự như ở thí nghiệm 1, thay thế tinh bột sắn bằng tinh bột sắn biến tính acetate.
Thí nghiệm bổ sung glyoxal có thành phần khô chiếm tỷ lệ 1,5 %, 3 %, 5 % so với tổng khối lượng khô của tinh bột và PVA.
Chỉ tiêu đánh giá
Màng sau khi bóc khỏi khuôn được đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi, độ trong, độ láng bóng, độ dính giữa các màng với nhau và độ dày các màng.
Quá trình đo độ dày các màng được thực hiện tương tự như ở thí nghiệm 1.
3.3.5. Thí nghiệm 4: Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ glyoxal bổ sung đến độ bền kéo đứt và độ bền đâm thủng của các màng tạo thành từ tinh bột biến tính acetate ở thí nghiệm 3
Mục đích thí nghiệm
Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal bổ sung đến độ bền kéo đứt, độ bền đâm thủng, độ giãn kéo đứt và độ giãn đâm thủng của màng đối với đầu đo hình cầu. Tìm ra màng có các tính chất tối ưu nhất.
Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm được bố trí kiểu khối ngẫu nhiên hoàn toàn như bảng 3.5.
Yếu tố nghiên cứu là ảnh hưởng tỷ lệ bổ sung glyoxal trong hỗn hợp tinh bột nguyên liệu lên độ bền kéo giãn, độ bền đâm thủng và công phá hủy màng.
Độ ẩm và độ dày các màng cần đảm bảo tương đối giống nhau tại thời điểm đo cấu trúc.
Bảng 3.5. Bố trí thí nghiệm đo độ bền kéo đứt và độ bền đâm thủng
Lặp lại Mẫu màng
Lần 1 B1 B0 B3 B2
Lần 2 B0 B2 B3 B1
Lần 3 B2 B3 B1 B0
Chỉ tiêu đánh giá
Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung glyoxal đến độ bền kéo đứt, độ bền đâm thủng, độ giãn kéo, độ giãn đâm thủng và công phá hủy màng tạo thành từ tinh bột biến tính acetate.
Phƣơng pháp thực hiện
Thí nghiệm được tiến hành tương tự như ở thí nghiệm 2.
3.3.6. Thí nghiệm 5: Đánh giá độ bền kéo đứt và độ bền đâm thủng giữa 2 loại màng tạo thành từ tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate có bổ sung glyoxal
Mục đích thí nghiệm
So sánh độ bền của 2 loại màng tạo thành từ tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate.
Đánh giá khả năng tăng độ bền của glyoxal với tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate.
Chỉ tiêu đánh giá
Độ bền của các màng đo được ở thí nghiệm 2 và thí nghiệm 4. Phƣơng pháp thí nghiệm
Tiến hành phân tích, so sánh các cặp số liệu ứng với các tỷ lệ bổ sung glyoxal 0 %, 1,5 %, 3 %, 5 % của các màng tạo thành từ tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate.
3.3.7. Thí nghiệm 6: Nghiên cứu ảnh hƣởng của tinh bột biến tính acetate và tỷ lệ glyoxal đến khả năng hút ẩm của màng trong điều kiện môi trƣờng bình thƣờng
Mục đích thí nghiệm
Đánh giá ảnh hưởng của tinh bột biến tính acetate và glyoxal đến khả năng hút ẩm của màng tạo thành trong điều kiện môi trường bình thường ở phòng thí nghiệm.
Bố trí thí nghiệm
Các màng được cắt thành mẫu kích thước giống nhau, được sấy khô ở cùng nhiệt độ và được để hút ẩm ở vị trí giống nhau, các thời điểm xác định ẩm độ giống nhau.
Chỉ tiêu đánh giá
Độ ẩm của các màng thí nghiệm ở những thời điểm khác nhau. Phƣơng pháp thực hiện
Cắt 4 mẫu màng với kích thước mỗi màng 60 mm x 60 mm, có độ dày giống nhau lần lượt của 4 nghiệm thức tỷ lệ glyoxal 0 %, 1,5 %, 3 %, 5 %. Cho mỗi mẫu vào một chén nhôm sạch rồi cho vào tủ sấy ở 105 oC trong 4 giờ cho khô hoàn toàn. Cân để xác định khối lượng khô của mỗi mẫu. Để 4 chén ngoài môi trường bình thường và tiến hành cân các mẫu sau những khoảng thời gian xác định để xác định khối lượng sau khi hút ẩm từ đó tính được độ ẩm của các mẫu (tính theo căn bản ướt).
Tương tự, cắt 2 mẫu của 2 loại màng Adc và B0 và tiến hành thí nghiệm tương tự để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến ẩm độ màng của tinh bột biến tính acetate so với tinh bột sắn thường.
So sánh độ ẩm các mẫu từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của glyoxal đến độ hút ẩm của các màng.
Hình 3.15. Đo ẩm độ của màng trong điều kiện môi trường bình thường
3.3.8. Thí nghiệm 7: Đánh giá khả năng phân hủy trong đất ẩm của màng tạo thành thành
Mục đích thí nghiệm
Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal và loại tinh bột đến khả năng phân hủy trong môi trường đất ẩm của các màng tạo thành.
Bố trí thí nghiệm
Các màng được cắt thành mẫu kích thước giống nhau, được cho vào bao chứa đất giống nhau, ở vị trí giống nhau trong bao, được để ở cùng điều kiện.
Chỉ tiêu đánh giá
Quan sát độ phân hủy của các màng sau 7 ngày. Phƣơng pháp thí nghiệm
Chọn 4 màng của 4 nghiệm thức glyoxal cắt thành 4 mẫu hình vuông 60 mm x 60 mm. Lấy 4 túi nylon trong loại 1 lít cho đất vào mỗi túi, khoét lỗ xung quanh cho thông thoáng khí trong túi. Mỗi túi được cho đất vào đến 2/3 túi sau đó cho các mẫu lần lượt vào rồi cho tiếp đất đến gần miệng túi. Mỗi màng được để một phần sát mép ngoài túi để quan sát. Ghi nhận thời gian bắt đầu thí nghiệm. Phun nước đảm bảo độ ẩm cho đất trong túi, quan sát và ghi nhận thời điểm màng phân hủy hoàn toàn.
Hình 3.16. Khảo sát khả năng phân hủy trong đất ẩm
3.3.9. Thí nghiệm 8: Đánh giá khả năng ghép mí thành bao bì và đánh giá độ bền mí ghép
Mục đích
Đánh giá khả năng ghép mí và độ bền mí ghép của các màng tạo thành ở thí nghiệm 3. Tạo thành bao bì, đánh giá khả năng chứa đựng, độ bền của bao bì tạo thành.
Bố trí thí nghiệm
Các mẫu màng đem ghép mí kích thước giống nhau, được sấy khô ở cùng nhiệt độ và được để hút ẩm ở vị trí giống nhau, điều kiện ghép mí giống nhau, thời điểm ghép mí và đo độ bền giống nhau.
Chỉ tiêu đánh giá
Độ bền của mí ghép. Độ bền bao bì tạo thành. Phƣơng pháp thí nghiệm
Chọn 4 màng của 4 nghiệm thức glyoxal, cắt mỗi màng thành 2 mẫu hình chày như ở thí nghiệm 2. Các mẫu được cho vào sấy ở 105 oC trong 2 giờ để đảm bảo khô hoàn toàn, cân để xác định khối lượng khô của các mẫu từng nghiệm thức. Để 2 mẫu của từng nghiệm thức hút ẩm tự nhiên đến khi khối lượng đạt bằng 170 % khối lượng khô thì tiến hành ghép mí bằng máy đóng gói chân không. Sau khi ghép mí, các mẫu được đem phân tích bằng máy phân tích cấu trúc.
Máy phân tích cấu trúc được lắp đầu đo dạng ngàm kẹp như ở thí nghiệm 2. Máy được cài đặt để kéo 2 đầu của mí ghép cho đến khi đứt thì cho dừng. Ghi nhận số liệu thu được, xử lý số liệu và đánh giá kết quả thí nghiệm.
Màng tạo thành được ghép mí tạo thành bao bì, sau đó cho vật nặng vào bao bì, treo và đo độ bền của bao bì, đánh giá khả năng ứng dụng.
3.3.10. Thí nghiệm 9: Nghiên cứu áp dụng phụ gia chống thấm AKD của ngành giấy vào chế tạo màng phân hủy sinh học giấy vào chế tạo màng phân hủy sinh học
Mục đích thí nghiệm
Đánh giá ảnh hưởng của phụ gia chống thấm AKD bổ sung vào công thức tạo màng đến khả năng hút ẩm và độ phân rã trong nước của màng tối ưu ở thí nghiệm 3.
Bố trí thí nghiệm
Các mẫu màng thí nghiệm ứng với tỷ lệ bổ sung AKD và thời điểm bổ sung AKD được trình bày như bảng 3.6.
Bảng 3.6. Các mẫu màng thí nghiệm bổ sung phụ gia chống thấm AKD
Mẫu màng
Tỷ lệ AKD bổ sung
(‰)
Thời điểm bổ sung
C1 6 Trước khi dừng khuấy 5 phút
C2 6 Vào huyền phù tinh bột trước khuấy
C3 8 Trước khi dừng khuấy 5 phút
Yếu tố thí nghiệm là ảnh hưởng tỷ lệ bổ sung AKD và thời điểm bổ sung lên tính hút ẩm, phân rã trong nước và tính chất cảm quan của màng.
Quy trình đổ màng được đảm bảo giống nhau với các nghiệm thức. Chỉ tiêu đánh giá
Độ ẩm, độ phân rã, tính chất cảm quan của màng theo các tỷ lệ và thời điểm bổ sung AKD.
Phƣơng pháp thí nghiệm
Quy trình chế tạo màng giống như ở thí nghiệm 3. Nghiên cứu bổ sung phụ gia chống thấm AKD vào quy trình chế tạo. Màng tạo thành được tiến hành đo khả năng
hút ẩm trong điều kiện môi trường như ở thí nghiệm 5, đo khả năng phân rã trong nước như ở thí nghiệm 8.
Chọn bổ sung AKD với khối lượng bằng 6 ‰ và 8 ‰ so với tổng khối lượng hỗn hợp nguyên liệu trước khi đổ màng. Nghiên cứu thời điểm bổ sung AKD tốt nhất.
So sánh độ ẩm của màng ở điều kiện môi trường bình thường, so sánh với màng đối chứng B2.
3.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu:
Xử lý số liệu nhờ vào phần mềm Statgraphic 7.0, Texture Exponent 32 và Microsoft Excel 2003.
Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Ẩm độ ban đầu của nguyên liệu
Ẩm độ ban đầu của nguyên liệu (theo căn bản ướt) được tính theo công thức:
MC ( %) = (mđ – mc) . 100 / mđ (4.1)
Trong đó:
MC: ẩm độ ban đầu của nguyên liệu theo căn bản ướt ( %);
mđ, mc: lần lượt là khối lượng ban đầu và khối lượng sau sấy của nguyên liệu (g). Kết quả khảo sát từ thí nghiệm sơ bộ cho ta ẩm độ ban đầu của các nguyên liệu như trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Ẩm độ ban đầu của các nguyên liệu
Nguyên liệu
Độ ẩm ban đầu trung bình
( %)
Tinh bột sắn 10 ± 1,24
Tinh bột sắn biến tính acetate 14,09 ± 1,63
PVA 217 4,83 ± 0,72
Sorbitol 2,25 ± 0,12
Glycerol 0 ± 0,01
Glyoxal 60 ± 0,01
Công thức tạo màng được tính trên tỷ lệ khối lượng khô, do đó cần phải tính thêm lượng ẩm của nguyên liệu để xác định chính xác khối lượng thực cân và lượng nước cần phải bổ sung.
4.2. Tính cảm quan của màng polymer ở thí nghiệm 1
Các màng tạo thành gần như không màu, không mùi, mềm dẻo. Độ láng bóng của các màng Adc, A1, A2 khá tốt, màng A3 có bề mặt sần sùi do hỗn hợp sau khi hồ hóa quá đặc. Độ trong suốt của các màng giảm khi tỷ lệ bổ sung glyoxal tăng, lượng bọt trên màng rất ít và nhỏ.
Hình 4.1. Các màng tạo thành từ thí nghiệm 1
Khi tỷ lệ glyoxal tăng, cảm giác dính tay giảm, khả năng dính vào nhau của các màng giảm, cảm giác độ bền màng tăng, khả năng bóc khỏi khuôn dễ dàng.
Tỷ lệ glyoxal càng tăng thì càng khó đổ màng do hỗn hợp sau khi hồ hóa bị đặc dần. Ở tỷ lệ bổ sung 5 % glyoxal, hỗn hợp tạo thành rất đặc, việc đổ màng rất khó khăn, độ đồng đều khi đổ màng cũng như độ dày của màng không được bảo đảm. Vậy tỷ lệ bổ sung glyoxal tối ưu nhỏ hơn 5 %.
Xử lý số liệu để tìm được giá trị trung bình và giá trị sai số chuẩn (Standard Error) bằng công cụ Add-In Analysis ToolPak, phần Data Analysis > Descriptive Statistics của phần mềm Microsoft Office Excel 2003. Kết quả xử lý thống kê được trình bày trong các bảng phụ lục B2, B3, B4, B5.
Bảng 4.2. Độ dày trung bình các mẫu màng tạo thành từ tinh bột sắn thí nghiệm 1 Màng Công thức Độ dày trung bình (µm) Tinh bột sắn ( %) PVA 217 ( %) Glycerol ( %) Sorbitol ( %) Glyoxal ( %) Adc 31,5 25 10 20 0 64,63 ± 4,51 A1 31,17 24,74 9,90 19,79 1,04 66,30 ± 4,38 A2 30,85 24,49 9,79 19,59 2,06 67,04± 4,78 A3 30,43 24,15 9,66 19,32 3,38 63,15± 3,13
Kết quả phân tích ANOVA được trình bày ở phụ lục B6 cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal đến độ dày màng là không có ý nghĩa ở độ tin cậy 95 % (P > 0,05).
Qua bảng 4.2 và kết quả phân tích LSD ở phụ lục B8, ta thấy rằng độ dày màng ở các nghiệm thức glyoxal không có sự khác biệt có ý nghĩa (ở độ tin cậy 95 %).
Độ dày trung bình của các màng tạo thành từ thí nghiệm 1 bằng trung bình của độ dày trung bình của các màng Adc, A1, A2, A3 và bằng 65,28 µm. Lượng glyoxal bổ sung càng nhiều, hỗn hợp hồ hóa càng đặc, càng khó tráng màng làm cho độ dày của màng tăng lên.
Số liệu so sánh độ dày của màng thành phẩm và một số màng đối chứng trên thị trường thể hiện trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Độ dày trung bình của một số màng Màng thí nghiệm, (mm) Màng đóng gói chân không, (mm) Màng PE mỏng, (mm) Màng PE dày, (mm) 0,065 0,09 0,03 0,06
Màng tạo thành có độ dày xấp xỉ bằng độ dày của màng PE dày, lớn gấp 2,17 lần độ dày màng PE mỏng, nhỏ hơn 1,38 lần màng đóng gói chân không trên thị trường.
4.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ glyoxal đến các tính chất cơ học của màng (thí nghiệm 2)
Kết quả đo độ bền đâm thủng của màng tạo thành từ tinh bột sắn được trình bày qua các bảng 4.4 và được trình bày ở các đồ thị hình 4.2.
Bảng 4.4. Bảng giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo cầu ở thí nghiệm 2 Đo đâm thủng Mẫu Tỷ lệ Fmax Dmax Ar glyoxal ( %) (N) (mm) (N.mm) Adc 0 7,44 10,30 40,79 A1 1,5 10,60 13,70 44,46 A2 3 12,25 23,65 70,71 A3 5 16,63 16,73 122,27
Hình 4.2. Đồ thị so sánh giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo cầu của các màng ở thí nghiệm 2
Kết quả phân tích ANOVA ở phụ lục B16, B19, B22 cho thấy ảnh hưởng của glyoxal và thời điểm đo đến độ bền đâm thủng Fmax (N) là có ý nghĩa, ảnh hưởng đến Dmax (mm) và Ar (N.mm) là không có ý nghĩa ở độ tin cậy 95 % (P < 0,05).
Trắc nghiệm phân hạng LSD ở phụ lục B18 cho thấy giá trị Fmax (N) khác biệt có ý nghĩa ở độ tin cậy 95 %. Dựa vào đồ thị hình 4.2 ta thấy khi tăng tỷ lệ glyoxal làm tăng độ bền đâm thủng của màng. Điều này có thể được giải thích là do sự tạo liên kết crosslink giữa glyoxal và các phân tử tinh bột tăng theo tỷ lệ glyoxal.
7,44 10,60 12,25 16,63 10,30 13,70 23,65 16,73 40,79 44,46 70,71 122,27 0 20 40 60 80 100 120 140 Adc A1 A2 A3 Mẫu Đâm thủng F max (N) D max (mm) Ar (N.mm)
Màng A3 có độ bền đâm thủng Fmax = 16,63 N và công phá hủy màng Ar = 122,27 N.mm lớn nhất trong các màng nên là màng tối ưu trong thí nghiệm này.
Kết quả đo độ bền kéo đứt của màng tạo thành từ tinh bột sắn được trình bày qua các bảng 4.5 và được trình bày ở các đồ thị hình 4.3.
Bảng 4.5. Bảng kết quả đo độ bền kéo đứt ở thí nghiệm 2
Đo kéo đứt Mẫu Tỷ lệ Fmax Dmax Ar glyoxal ( %) (N) (mm) (N.mm) Adc 0 5,77 11,63 40,81 A1 1,5 7,41 13,05 60,37