Nghiên cứu chế tạo vật liệu POLYME COMPOZIT thân thiện môi trường trên cơ sở POLYLACTIC AXIT, POLYETYLEN mạch thẳng tỷ trọng thấp gia cường bằng sợi nứa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THỦY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG TRÊN CƠ SỞ POLYLACTIC AXIT,
POLYETYLEN MẠCH THẲNG TỈ TRỌNG THẤP
GIA CƯỜNG BẰNG SỢI NỨA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT HÓA HỌC

Hà nội - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THỦY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG TRÊN CƠ SỞ POLYLACTIC AXIT,
POLYETYLEN MẠCH THẲNG TỈ TRỌNG THẤP
GIA CƯỜNG BẰNG SỢI NỨA

Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu Cao Phân Tử và Tổ Hợp
Mã số: 62.52.94.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. GS.TS. BÙI CHƯƠNG
2. TS. NGUYỄN HUY TÙNG

Hà nội - 2012


LỜI CẢM ƠN!

Luận án này đã được hoàn hành với sự hướng dẫn tận tình của GS.TS.
Bùi Chương và TS. Nguyễn Huy Tùng cùng với sự giúp đỡ tận tình của các đồng
nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme, trường Đại học Bách khoa Hà
Nội.

Nhân dịp này tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất về những sự
giúp đỡ mà tác giả đã nhận được.


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu trong luận án này là của tôi và hoàn toàn
trung thực, không sao chép, trùng lập với của bất kỳ ai khác. Các kết quả nghiên cứu này
cũng chưa được công bố ở bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

Hà nội ngày 10 tháng 9 năm 2012
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thủy

MỤC LỤC

Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

i

DANH MỤC BẢNG

ii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

iv

MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN

ix

ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

ix

MỞ ĐẦU

1

1 TỔNG QUAN

3

1.1 Vật liệu polyme compozit (PC)

3

1.1.1 Lịch sử phát triển

3

1.1.2 Khái niệm về vật liệu PC

3

1.1.3 Thành phần của vật liệu PC

3

1.1.3.1 Nhựa nền

3

1.1.3.2 Chất gia cường

4

1.1.4 Đặc điểm và tính chất của vật liệu PC

5

1.1.5 Các phương pháp gia công vật liệu PC

5

1.1.6 Ứng dụng của vật liệu PC

5

1.2 Vật liệu polyme compozit thân thiện môi trường
1.2.1 Sợi gia cường tre - nứa

5
6

1.2.1.1 Tình hình phân bố tre nứa trên thế giới và ở Việt Nam

6

1.2.1.2 Đặc điểm và phân loại tre

7

1.2.1.3 Cấu tạo của tre nứa

9

1.2.1.4 Thành phần hóa học của tre nứa

11

1.2.1.5 Tính chất của tre-nứa

14

1.2.1.6 Các phương pháp chế tạo sợi tre

16

1.2.1.7 Các phương pháp xử lý bề mặt sợi

16

1.2.1.8 Ưu điểm của sợi thực vật-sợi tre nứa

17


1.2.2 Nhựa nền polyme

18

1.2.2.1 Polylactic axit (PLA)

19

1.2.2.2 Blend của PLA

23

1.2.2.3 Blend của PLA với polyetylen (PE)

24

1.2.2.4 Trợ tương hợp PE-g-GMA

27

1.3 Phan hủy sinh học của chất dẻo và nhựa nền trong polyme compozit
1.3.1 Khả năng phân hủy sinh học

34
34

1.3.1.1 Khả năng phân hủy sinh học của PLA

35

1.3.1.2 Khả năng phân hủy sinh học của blend trên cơ sở polyeste với
các polyme khác

36

1.3.1.3 Khả năng phân hủy sinh học của PE

37

1.3.2 Một số phương pháp tiêu chuẩn đánh giá khả năng phân hủy sinh
học

37

1.3.2.1 Phát triển vi sinh vật

38

1.3.2.2 Phương pháp đánh giá lượng oxy tiêu thụ và lượng CO2 thoát ra

38

2 NGUYÊN LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

39

2.1 Nguyên liệu

39

2.2 Các phương pháp nghiên cứu

39

2.2.1 Sợi nứa

39

2.2.1.1 Chế tạo sợi

39

2.2.1.2 Xác định tính chất của sợi

40

2.2.1.3 Xác định thành phần hóa học của sợi

41

2.2.1.4 Các phương pháp phân tích

41

2.2.2 Trợ tương hợp PE-g- GMA

42

2.2.2.1 Tổng hợp PE-g- GMA

42

2.2.2.2 Các phương pháp phân tích

42

2.2.3 Blend

44

2.2.3.1 Chế tạo blend

44

2.2.3.2 Chế tạo mẫu đo tính chất cơ học

44

2.2.3.3 Các phương pháp phân tích

44


2.2.3.4 Các phương pháp xác định tính chất của blend
2.2.4 Compozit gia cường bằng sợi nứa

45
45

2.2.4.1 Tạo sợi đơn hướng

45

2.2.4.2 Chế tạo mẫu compozit

46

2.2.4.3 Các phương pháp phân tích

46

2.2.4.4 Các phương pháp xác định tính chất của compozit

46

2.2.4.5 Các phương pháp đánh giá mức độ phân hủy của nhựa, blend
và nhựa nền trong vật liệu PC

46

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Sợi nứa

48
48

3.1.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý đến thành phần hóa học của nứa

48

3.1.2 Ảnh hưởng của quá trình xử lý đến hàm lượng tinh thể của sợi nứa

48

3.1.3 Ảnh hưởng của quá trình xử lý đến góc tiếp xúc của sợi

49

3.1.4 Đặc trưng bề mặt sợi nứa trước và sau khi xử lý kiềm

50

3.1.5 Ảnh hưởng của quá trình xử lý đến đường kính sợi

52

3.1.6 Ảnh hưởng của quá trình xử lý đến độ bền kéo của sợi

53

3.1.7 Ảnh hưởng của quá trình xử lý đến độ bám dính của sợi

55

3.1.7.1 Độ bám dính của sợi với PLA

55

3.1.7.2 Độ bám dính của sợi với blend PLA/LLDPE/PE-g-GMA

57

3.1.7.3 Độ bám dính của sợi với LLDPE

58

3.1.7.4 So sánh độ bám dính của sợi xử lý nóng với các loại nhựa

59

3.1.8 Nhận xét kết quả nghiên cứu phần sợi nứa (3.1)
3.2 Chất trợ tương hợp PE-g- GMA

60

61

3.2.1 Phổ hồng ngoại của PE-g-GMA

61

3.2.2. Ảnh hưởng của yếu tố công nghệ đến quá trình ghép

61

3.2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

61

3.2.2.2 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

63

3.2.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ trục quay

64

3.2.3 Ảnh hưởng của yếu tố hóa học đến quá trình ghép

66


3.2.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào

66

3.2.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng GMA đưa vào phản ứng

68

3.2.3.3 Ảnh hưởng của monome styren

69

3.2.4 Đặc trưng của sản phẩm PE-g-GMA

70

3.2.4.1 Đặc trưng lý học

70

3.2.4.2 Tính chất nhiệt của sản phẩm

70

3.2.5 Nhận xét kết quả nghiên cứu phần chất trợ tương hợp (3.2)
3.3 Blend của PLA
3.3.1 Blend PLA/LLDPE

71
72
72

3.3.1.1 Thành phần và kí hiệu của blend

72

3.3.1.2 Tính chất cơ học

72

3.3.1.3 Phân tích cấu trúc hình thái

74

3.3.1.4 Tính chất nhiệt của blend

77

3.3.1.5 Độ hấp thụ dung môi

78

3.3.2 Blend PLA/LLDPE có mặt trợ tương hợp PE-g-GMA

81

3.3.2.1 Thành phần và kí hiệu của blend

81

3.3.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng LLDPE đến tính chất của blend
(10% khối lượng PE-g-GMA so với PLA)

82

3.3.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-GMA đến tính chất của blend

88

3.3.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng LLDPE đến tính chất của blend (8%
PE- g-GMA)

94

3.3.2.5 Tính chất nhiệt-độ tổn hao khối lượng của blend

95

3.3.3 So sánh blend PLA/LLDPE và PLA/LLDPE/PE-g-GMA

96

3.3.3.1 Tính chất cơ học

96

3.3.3.2 Cấu trúc hình thái

97

3.3.3.3 Độ hấp thụ dung môi

98

3.3.3.4 Tính chất nhiệt

98

3.3.3.5 Góc tiếp xúc của blend

99

3.3.3.6 Phân tích NMR
3.3.4 Nhận xét chung kết quả nghiên cứu về blend (3.3)

100
101


3.4 Compozit sợi nứa
3.4.1 Nền PLA

102
102

3.4.1.1 Ảnh hưởng của loại sợi đến tính chất của vật liệu PC nền PLA

102

3.4.1.2 Tính chất chịu môi trường của vật liệu PC nền PLA

103

3.4.1.3 Tính chất nhiệt của nền PLA

107

3.4.2. Nền blend PLA/LLDPE

108

3.4.2.1 Tính chất cơ học của vật liệu PC nền blend PLA/LLDPE

108

3.4.2.2 Tính chất nhiệt của vật liệu PC nền blend PLA/LLDPE

110

3.4.3. Nền blend PLA/LLDPE/PE-g-GMA

110

3.4.3.1 Ảnh hưởng của loại sợi tới tính chất của vật liệu PC nền blend
90/10/8

110

3.4.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng LLDPE đến tính chất của vật liệu
PC sợi XLN

113

3.4.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-GMA đến tính chất của vật
liệu PC sợi XLN

121

3.4.4 Nền LLDPE

127

3.4.5 Ảnh hưởng của loại nhựa nền đến tính chất vật liệu PC

129

3.4.5.1 Tính chất cơ học

129

3.4.5.2 Tính chất nhiệt của vật liệu

131

3.4.6 Nhận xét chung kết quả nghiên cứu về compozit sợi nứa (3.4)
3.5 Phân hủy sinh học của nhựa nền và vật liệu PC
3.5.1 Phân hủy thủy phân

132
133
133

3.5.1.1 Trong môi trường nước

133

3.5.1.2 Trong môi trường enzym Proteaza K

135

3.5.2 Chỉ số BOD và COD

139

3.5.2.1 Chỉ số BOD

140

3.5.2.2 Chỉ số COD

142

3.5.3 Nhận xét kết quả nghiên cứu phần phân hủy sinh học (3.5)

143

4 KẾT LUẬN

145

TÀI LIỆU THAM KHẢO

147

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DCP

: Dicumyl peroxyt

GMA

: Glycidyl metacrylat

[GMA] %

: Hàm lượng GMA ghép lên LLDPE

PE

: Polyetylen

HDPE

: Polyetylen tỷ trọng cao (High Density Polyethylene)

LDPE

: Polyetylen tỷ trọng thấp (Low Density Polyethylene)

LLDPE

: Polyetylen mạch thẳng tỷ trọng thấp (Linear Low Density Polyethylene)

Mn

: Khối lượng phân tử số

Mw

: Khối lượng phân tử khối

PE-g-GMA : Poly(etylen-co-glycidyl metacrylate)
PTL

: Phần trọng lượng

PLA

: Poly lactic axit

Tg

: Nhiệt độ hóa thủy tinh

Tm

: Nhiệt độ chảy mềm

Tc

: Nhiệt độ kết tinh

KXL

: Không xử lý

XLNg

: Xử lý nguội

XLN

: Xử lý nóng

KLPT

: Khối lượng phân tử

MPI

: Chỉ số chảy

T

: Thanh nứa

S

: Sợi nứa

v/p

: Vòng/phút

i


MỞ ĐẦU

Hiện nay, trong tất cả các vật dụng con người đang sử dụng hàng ngày ở những
lĩnh vực khác nhau, có đến 60 ÷ 70% được chế tạo từ vật liệu polyme và các tổ hợp của
chúng. Tuy vật liệu polyme nói chung và vật liệu polyme compozit nói riêng có rất nhiều
tính ưu việt so với các vật liệu khác, kể cả các vật liệu truyền thống như thép và các hợp
kim, nhưng chúng có một nhược điểm rất lớn là hầu hết không tự phân huỷ được trong môi
trường sau khi trở thành phế thải, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái - vấn đề mà
con người hiện nay đang rất quan tâm để khắc phục. Do vậy, nghiên cứu chế tạo các loại
vật liệu polyme và polyme compozit, sau khi sử dụng trở thành phế thải có thể tự phân huỷ
trong môi trường là một vấn đề rất cần thiết và cấp bách không chỉ ở Việt Nam mà cả trên
thế giới.
Trong khoảng 20 năm trở lại đây, việc sử dụng sợi thực vật để thay thế một phần
hoặc toàn bộ sợi tổng hợp đã được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm. Việt
Nam là nước thuộc vùng nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều nên các loại thực vật cho xơ sợi rất
đa dạng và có trữ lượng lớn. Sợi thực vật từ các loại cây như: đay, tre, nứa, dừa... được biết
đến với độ bền cao, vì vậy chúng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng chịu tải trọng.
Mặt khác, sợi thực vật là nguồn nguyên liệu tái tạo, dồi dào và có khả năng phân hủy sinh
học. Phế thải của chúng sau khi sử dụng dễ phân hủy hoàn toàn, không gây tác động xấu
đến môi trường sinh thái.
Do sự khó phân hủy của polyme tổng hợp và sự cạn kiệt nguồn tài nguyên dầu mỏ
nên trong những năm gần đây các polyme có khả năng phân hủy sinh học đã thu hút được
nhiều sự quan tâm. Các polyme này có thể được bắt nguồn từ các nguồn sinh học hoặc từ
dầu mỏ. Các polyme có khả năng phân hủy sinh học có nguồn gốc từ dầu mỏ được biết đến

nhiều nhất là các polyeste béo hoặc các copolyeste thơm và béo. Trong thời gian gần đây,
các polyme có khả năng phân hủy sinh học có nguồn gốc từ các nguồn tái sinh được như
polylactic axit (PLA) đang cạnh tranh với các polyme có khả năng phân hủy sinh học trên
bắt nguồn từ dầu mỏ và cũng vì vậy vật liệu compozit « xanh » (‘green’ composites) đã
nhận được nhiều sự quan tâm do đó là vật liệu compozit thân thiện môi trường. Không chỉ
sử dụng chất gia cường là sợi thực vật mà các compozit ‘xanh’ còn được chế tạo từ các
nhựa nền có nguồn gốc đi từ thực vật như nhựa poly(hydroxybutyrate-co-valerate), soy
protein isolate, nhựa trên cơ sở tinh bột, nhựa PLA ...
1


PLA là loại polyme có thể phân huỷ nhanh sau khi trở thành phế thải, song chúng
có những nhược như: tính chất cơ học không cao, giòn, khả năng chịu ủ nhiệt thấp và giá
thành tương đối cao so với các loại vật liệu khác. Do đó vật liệu polyme compozit trên cơ
sở nhựa PLA cũng bị hạn chế phạm vi sử dụng. Để khắc phục nhược điểm này cần phải
nghiên cứu một cách có hệ thống về biến đổi cấu trúc, tạo ra tổ hợp polyme mới bằng cách trộn
hợp với các polyme khác như polyetylen từ đó cải thiện được các tính chất của vật liệu và có giá
thành hợp lý để ứng dụng làm nhựa nền trong chế tạo vật liệu polyme compozit thân thiện môi
trường gia cường bằng sợi nứa.

2


1 TỔNG QUAN
1.1 VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
1.1.1 Lịch sử phát triển
Vật liệu compozit có lịch sử phát triển rất sớm, ngay từ khi hình thành nền văn
minh của nhân loại [1, 2]. Nhưng việc chế tạo vật liệu polyme compozit (PC) mới được
thực sự chú ý trong khoảng 50 năm trở lại đây. Mục đích chế tạo vật liệu PC là làm sao
phối hợp được các tính chất mà mỗi vật liệu ban đầu không thể có được. Như vậy, có thể

chế tạo vật liệu PC từ những cấu tử mà bản thân chúng không thể đáp ứng được các yêu
cầu đối với vật liệu.
1.1.2 Khái niệm về vật liệu PC
Vật liệu PC là hệ thống gồm hai hay nhiều pha, trong đó pha liên tục là polyme.
Tùy thuộc vào bản chất của pha khác, vật liệu PC được phân thành các loại [2]:
- Vật liệu có phụ gia phân tán
- Vật liệu được gia cường bằng sợi ngắn
- Vật liệu được gia cường bằng sợi liên tục
- Vật liệu độn khí hay xốp
- Vật liệu là hỗn hợp polyme-polyme
1.1.3 Thành phần của vật liệu PC
Vật liệu PC nói chung được cấu tạo từ hai thành phần cơ bản là nền và chất gia
cường, ngoài ra còn có một số chất khác như chất mầu, phụ gia chống cháy, chất chống
cháy ...
1.1.3.1 Nhựa nền
Nhựa nền là pha liên tục, đóng vai trò liên kết toàn bộ các phần tử gia cường thành
một khối compozit thống nhất, che phủ, bảo vệ tránh tác động của môi trường bên ngoài
đồng thời truyền ứng suất lên chúng. Không những thế, nhựa nền còn tạo khả năng để gia
công vật liệu compozit thành các chi tiết theo thiết kế.
Tính chất của nhựa nền ảnh hưởng mạnh không chỉ đến chế độ công nghệ mà còn
đến đặc tính sử dụng của compozit như: nhiệt độ làm việc, độ bền, khối lượng riêng, khả
năng chống tác dụng của môi trường bền ngoài... Trên thực tế có nhiều hệ nhựa được dùng
làm nền cho vật liệu compozit. Chúng có thể là nhựa nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo [2, 3].
3


* Nhựa nhiệt rắn: Có độ nhớt thấp, dễ hòa tan và đóng rắn khi đun nóng (có hoặc không có

xúc tác). Sản phẩm sau đóng rắn có cấu trúc không gian không thuận nghịch nghĩa là
không nóng chảy và không hòa tan. Nhìn chung nhựa nhiệt rắn cho sản phẩm có tính chất

cơ lý cao hơn nhựa nhiệt dẻo. Một số nhựa nhiệt rắn thường được sử dụng để sản xuất các
kết cấu từ compozit như phenolfomandehyt, polyeste, epoxy...
* Nhựa nhiệt dẻo: Compozit nền nhựa nhiệt dẻo có độ tin cậy cao bởi mức độ ứng suất dư

nảy sinh trong những giờ đầu tiên ngay sau khi tạo thành sản phẩm rất thấp. Ưu điểm nữa
là về mặt công nghệ: giảm công đoạn đóng rắn, khả năng khi gia công tạo dáng sản phẩm
dễ thực hiện và có thể khắc phục những khuyết tật trong quá trình sản xuất và tận dụng phế
liệu hoặc gia công lại lần thứ hai...
Nhược điểm chính của compozit nền nhiệt dẻo là không chịu được nhiệt độ cao.
Tuy nhiên nền polyme nhiệt dẻo đang được quan tâm do khả năng ứng dụng rất rộng rãi và
khả năng tái sinh chúng. Hiện tại chúng chưa được ứng dụng nhiều như nhựa nhiệt rắn
nhưng dự đoán trong tương lai sẽ vượt nhựa nhiệt rắn [4]. Một số nhựa nhiệt dẻo thường
được dùng làm nền cho compozit: polyetylen, polypropylen...
Hiện nay, để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các loại nhựa nền có nguồn gốc tự
nhiên và có khả năng phân hủy đang được các nhà khoa học quan tâm như nhựa polylactic
axit (PLA), polybutyl succinat...
1.1.3.2 Chất gia cường
Chất gia cường có thể ở dạng bột hoặc dạng sợi. Nó đóng vai trò chịu ứng suất tập
trung trong vật liệu, làm tăng đáng kể độ bền của vật liệu. Cấu trúc, hàm lượng, hình dáng
và kích thước, tương tác của chất gia cường và nhựa nền cũng như độ bền liên kết giữa
chúng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu PC và quyết định khả năng gia công vật liệu.
Sự liên kết giữa chất gia cường và polyme được quyết định bởi tính chất hóa học ban đầu
của polyme và đặc trưng hình học của chất gia cường. Liên kết bền được tạo thành khi
giữa chất gia cường và nền polyme xuất hiện những liên kết hóa học hay lực bám dính [3].
Trong vật liệu compozit xét về mặt sắp xếp thì chất gia cường phân bố không liên
tục. Về mặt bản chất, chất gia cường có thể rất đa dạng tùy thuộc vào tính chất của vật liệu
compozit cần chế tạo. Hình dáng, kích thước, hàm lượng và sự phân bố của chất gia cường
là những yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến tính chất của compozit [3, 5].
Hiện nay, để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các loại chất gia cường dạng tự nhiên
đang được các nhà khoa học quan tâm. Rất nhiều các loại sợi tự nhiên được nghiên cứu về

4


mặt chế tạo sợi, xử lý sợi và ứng dụng làm sợi gia cường cho compozit. Chúng có thể là
sợi đay, dừa, chuối, vỏ ngô, tre, nứa, gỗ... [6].
1.1.4 Đặc điểm và tính chất của vật liệu PC
PC là vật liệu nhiều pha, các pha này thường khác nhau về bản chất, không hòa tan
lẫn nhau và phân cách nhau bằng bề mặt phân chia pha. Trong thực tế, phổ biến nhất là PC
hai pha: pha liên tục (nền) và pha phân tán (cốt). Trong compozit thì hình dáng, kích thước
cũng như sự phân bố của nền và cốt tuân theo quy định thiết kế trước.
Tính chất của vật liệu PC chính là sự tổ hợp tính chất của các thành phần khác nhau
có mặt trong vật liệu. Tuy tính chất của compozit không bao hàm tất cả các tính chất của
các cấu tử thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn trong đó những tính chất
tốt và phát huy thêm. Mặc dù nhẹ, bền, chịu môi trường tốt, dễ lắp ráp và thuộc loại vật
liệu mềm dẻo nhưng tính chịu nhiệt vẫn là yếu điểm của vật liệu PC so với kim loại hay
gốm [2].
1.1.5 Các phương pháp gia công vật liệu PC
Quá trình gia công ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất của vật liệu. Các thông số của
quá trình gia công như: áp suất, nhiệt độ cũng như thời điểm gia nhiệt... là rất quan trọng
đối với từng loại vật liệu. Một số phương pháp gia công vật liệu PC: lăn ép bằng tay, ép
nóng trong khuôn, đúc kéo, quấn...
1.1.6 Ứng dụng của vật liệu PC
Hiện nay vật liệu PC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ các sản phẩm
đơn giản như: thùng chứa nước, tấm lợp, profile trong xây dựng… cho đến các chi tiết và
kết cấu phức tạp trong máy bay và tàu vũ trụ…

1.2 VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG
Trong khoảng 20 năm trở lại đây việc sử dụng sợi thực vật để thay thế một phần
hoặc toàn bộ sợi tổng hợp đã được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm. Việt
Nam là nước thuộc vùng nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều nên các loại thực vật cho xơ sợi rất

đa dạng và có trữ lượng lớn. Sợi thực vật từ các loại cây như: đay, tre, nứa, dừa... được biết
đến với độ bền cao, vì vậy chúng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng chịu tải trọng.
Mặt khác, sợi thực vật là nguồn nguyên liệu tái tạo, dồi dào và có khả năng phân hủy sinh
học. Phế thải của chúng sau khi sử dụng dễ phân hủy hoàn toàn bằng nhiệt, trong khi sợi

5


hóa học mà cụ thể là sợi thủy tinh rất khó xử lý, do đó không gây tác động xấu đến môi
trường sinh thái.
Vật liệu PC gia cường bằng sợi thực vật là sự kết hợp giữa các tính chất cơ học tốt
với tỷ trọng thấp (1,2÷1,5 g/cm3) [7]. Tuy nhiên, với mức độ hút ẩm cao, khả năng bám
dính kém của sợi chưa xử lý với nền polyme không phân cực đã làm giảm độ bền và tuổi
thọ của sản phẩm. Một điều không thuận lợi nữa là tính chất của các loại sợi thực vật chịu
ảnh hưởng bởi điều kiện phát triển của cây cho sợi, công nghệ chế biến sợi cũng như hình
dáng và kích thước của chúng. Vì thế, xu hướng trong thời gian gần đây là việc phát triển
các kỹ thuật gia công, xử lý sợi và sử dụng các chất trợ tương hợp hay chất ghép nối để chế
tạo vật liệu PC sợi thực vật có tính chất tối ưu cho các ứng dụng đặc biệt [8].
Tre nói chung và nứa nói riêng là một trong những loại cây có khả năng tăng
trưởng nhanh, dễ trồng và gần như không phải chăm sóc và đặc biệt là sợi của chúng có
tính chất cơ lý khá cao [9, 10]. Hơn nữa, tre nứa là nguồn nguyên liệu dồi dào ở các nước
khí hậu nhiệt đới và ở Việt Nam cũng vậy, tre nứa mọc từ miền núi, trung du tới đồng bằng
với diện tích gần 1,5 triệu ha [10]. Vì vậy vật liệu PC sợi tre nứa là hướng nghiên cứu mới
với nhiều triển vọng phát triển.
Do rác thải rắn của vật liệu PC không chỉ là các sợi gia cường mà còn do các
polyme tổng hợp khó phân hủy và sự cạn kiệt nguồn tài nguyên dầu mỏ nên trong những
năm gần đây các polyme có khả năng phân hủy sinh học đã thu hút được nhiều sự quan
tâm. Các polyme này có thể được bắt nguồn từ các nguồn sinh học (ngô, gỗ, xenlulo…)
hoặc từ dầu mỏ. Các polyme có khả năng phân hủy sinh học có nguồn gốc từ dầu mỏ được
biết đến nhiều nhất là các polyeste béo hoặc các copolyeste thơm và béo. Trong thời gian

gần đây, các polyme có khả năng phân hủy sinh học có nguồn gốc từ các nguồn tái sinh
được như PLA đang cạnh tranh với các polyme có khả năng phân hủy sinh học trên bắt
nguồn từ dầu mỏ và cũng vì vậy vật liệu compozit « xanh » (‘green’ composites) đã nhận
được nhiều sự chú ý do đó là vật liệu compozit thân thiện môi trường. Không chỉ sử dụng
chất gia cường là sợi thực vật mà các compozit ‘xanh’ còn được chế tạo từ các nhựa nền có
nguồn gốc đi từ thực vật [11, 12] như nhựa poly(hydroxybutyrate-co-valerate) [13, 14], soy
protein isolate [15], nhựa trên cơ sở tinh bột [16, 17], polylactic axit [18, 23, 96]...
1.2.1 Sợi gia cường tre-nứa
1.2.1.1 Tình hình phân bố tre nứa trên thế giới và ở Việt Nam
Theo thống kê trên thế giới họ tre có khoảng 1250 loài thuộc 47 giống, phân bổ trên
diện tích rất rộng với số lượng cây rất nhiều. Phần lớn tre mọc tự nhiên tại các vùng nhiệt
6


đới, bán nhiệt đới và một số loài phân bố ở vùng ôn đới và hàn đới. Tre nứa trên thế giới
chia làm 3 vùng: vùng tre trúc Châu Á-Thái Bình Dương, Châu Mỹ và Châu Phi [24, 33].
Việt Nam có khí hậu nóng ẩm, nhiệt đới gió mùa thuận lợi cho tre nứa thuộc họ
Hoà thảo (Gramineae), họ Phụ tre nứa (Bambusaceae) phát triển, nhất là về mùa mưa- mùa
sinh trưởng của măng [10]. Việt Nam đã thống kê được 26 chi với 194 loài tre trúc, trong
đó có 80 loài đã tạm thời được định danh, còn lại là các loài chưa có tên hoặc có các loài,
phân loài mới [25]. Phần lớn các loài tre trúc ở Việt Nam là các loài có thân sinh khí mọc
cụm, một số loài có thân mọc tản [9, 10].
1.2.1.2 Đặc điểm và phân loại tre-nứa
Tre là loại thực vật dạng cây gỗ phát triển rất nhanh. Loại đất thích hợp là đất sét và
sét pha cát có độ sâu tương đối. Tre nứa sinh trưởng lâu đời có hiện tượng đất bị cát hoá
nên tre nứa mọc tốt ở trạng thái xen cây gỗ hoặc gần khu vực dân cư có thêm phân bón.
Nói chung tre gồm có ba loại: mọc thành cụm, theo bụi, mọc riêng lẻ [9, 10]. Cụ thể có các
loại chủ yếu sau:
* Tre (Bambusa)

Tre có 55 loài [25], phân bố rộng rãi trong rừng và ở nông thôn, chủ yếu ở vùng
thấp. Tre là chi điển hình của tre nứa ở Việt Nam, chúng chiếm khoảng 80% tổng diện tích
rừng tre trong cả nước. Tre mọc thành cụm tách rời nhau. Các loại tre phổ biến và có giá trị
kinh tế nhất là: tre Nhà (Bambusa Vulgaris), tre Gai (Bambusa Stenostachya), tre Lồ ô
(Bambusa Procera), tre Hoa (Bambusa Multiplex), tre Lộc ngộc (Bambusa Arundinaceae),
Hóp sào, Hóp nước…[9, 10]. Hiện nay đã phát hiện ra một số chi tre mới như chi tre Quả
thịt (Melocalamus) với 10 loài, chi tre Bidoup (Kinabaluchloa) có một loài [25].
* Luồng (Dendrocalamus)

Luồng có 21 loài [25] và nổi bật là Luồng Thanh hoá (Dendrocalamus
Membranaceus) với diện tích khoảng 10.000 ha. Đường kính của cây đạt 10÷12 cm. Luồng
Thanh hoá được dùng trong xây dựng, cầu và làm nguyên liệu giấy. Ngoài ra, còn có cây
Mét (cùng chi với cây luồng và phân bố ở Nghệ an), Bương (Dendrocalamus Flagellifer),
May hốc (Dendrocalamus Hamiltonii)… [9, 10].
* Giang (Dendrocalamus sp)

Giang phân bố trong rừng rậm, chúng phát triển ở những chỗ trống trong rừng
thành quần tụ như nứa hoặc thành đám nhỏ giữa rừng như gỗ xen nứa. Đây là loại sợi dẻo,
bền, là nguyên liệu chế tạo giấy cao cấp như giấy bạc, giấy mỏng. Trữ lượng loại này
khoảng 0,4 tỷ cây [9, 10].
7


* Nứa (Schizostachyum)

Nứa thường mọc tự nhiên thành từng khu rừng lớn, phân bổ hầu khắp ở các tỉnh
miền núi trong cả nước. Nứa trong rừng mọc thành từng bụi từ 100-200 cây. Thân nứa
gồm nhiều đốt có kích thước dài ngắn khác nhau, trung bình từ 0,4-0,6 m, giữa thân rỗng,
chiều dày của thành ống cũng thay đổi từ gốc tới ngọn. Tuy nhiên, mỗi loài nứa, ở mỗi độ
tuổi, mỗi vùng khác nhau, vào các mùa khác nhau thì cấu trúc và thành phần hóa học của

chúng cũng khác nhau [26].
Bảng 1.1 Các loài nứa hiện có ở Việt Nam [25, 27]
Thân
Stt

Chi/loài

Tên khoa học

Lá

Lóng,

Rộng,
Cao, m Ф, cm Dài, cm
cm

cm

1

Nứa lá to

S. funghomii
12÷15
McClure

10

30÷37

6÷7

40÷60

2

Nứa lá nhỏ

S. pseudolima
6÷10
McClur

3÷5

23÷25

2,5÷3

52÷58

3

Lồ ô Đà Nẵng

S. zollingeri
10÷15
Steud

7÷8

27÷29 3,2÷3,4 50÷60

4

Nứa hoa lúa lộc bắc

S

5

Nứa langbian

S

6

Khốp cà ná

S

7

Nứa Yaly

S

Nứa đèo bảo lộc
8

2÷4

1,3÷1,5 8,5÷9,5 0,4÷0,5

8÷10 4,5÷5,5 20÷30

2,5÷3 80÷130

2÷12

2÷2,2

3,5÷5

TDG
Nứa ngoạn mục

9

Nứa núi dinh

S

10

Nứa tép bến én

S

11

Nứa đèo lò xo

S

8÷10

4÷5

12

Nứa lá to saloong

S

8÷10

2÷2,5

42÷45

7÷8

1÷1,5

23÷26 3,5÷3,8 45÷58

Nứa không tai côn sơn
13

÷ 125

23÷28 3,2÷3,5 80÷90
7÷7,5 65÷75

S
Nứa có tai côn sơn

14

20÷32

Nứa sapa

5÷6 1,4÷1,7 28÷30

5÷5,5 36÷50

S

8


Nứa là nhóm các loài tre đặc trưng chủ yếu bởi vách mỏng, thân có silic nên nhám
và sắc. Nứa trước kia thuộc họ Neohouzeaua và các thông tin trước đây ở nước ta phần lớn
chỉ nhắc đến một loài nứa Neohouzeaua dulloa. Theo hiểu biết tới hiện nay thì các loài nứa
thuộc vào chi Schizostachyum, trên thế giới có tất cả là 70 loài trong đó Trung Quốc có 10
loài và Ấn Độ có 17 loài, còn Teinostachyum trên thế giới có 6 loài. Ở nước ta, GS. Phạm
Hoàng Hộ (1999) đã mô tả 13 loài của chi Schizostachyum (S) và một loài của chi
Teinostachyum, tổng cộng là 14 loài trong đó phổ biến nhất là nứa lá to (S. funghomii

McClure), nứa lá nhỏ (S. pseudolima McClure) và nứa Teinostachyum dulloa Gamble
(TDG) [25, 27].
* Ngoài ra còn có nhiều loại tre nứa khác như: Sặt, Mai, Le, Dùng, Trúc…
1.2.1.3 Cấu tạo của tre-nứa
* Cấu trúc vật lý

Khoang (lumen)
Thành thứ cấp (“fibril” của xenlulo
trong nền lignin/hemixenlulo)

Thành sơ cấp (“fibril” của xenlulo
trong nền lignin/hemixenlulo)
Hình 1.1 Cấu tạo của tế bào sợi tự nhiên

Sợi đơn của tất cả các loại thực vật nói chung và tre nói riêng bao gồm các tế bào.
Các sợi vô cùng nhỏ (microfibril) của xenlulo được liên kết với nhau thành lớp hoàn chỉnh
bởi lignin và hemixenlulo vô định hình. Các lớp xenlulo-lignin/hemixenlulo này trong
thành tế bào (gồm lớp sơ cấp và thứ cấp) liên kết với nhau tạo thành compozit đa lớp và
được gọi là tế bào (hình 1.1) [30].
* Cấu trúc giải phẫu của tre-nứa

Tre thuộc họ cỏ Bambusoideae, là một ligno-xenlulo compozit tự nhiên trong đó
các sợi xenlulo được bao bọc bởi nền lignin. Chiều dài trung bình của sợi xenlulo khoảng 2
mm và đường kính trung bình trong khoảng 10÷20 m. Độ cứng của tre phụ thuộc chủ yếu
9


vào số lượng các bó sợi và kiểu phân bố của chúng (Hình 1.2). Hàm lượng sợi tăng từ gốc
tới ngọn [29, 34, 35].

A: Cọng tre hay thân tre.
Gióng
tre

B: Mặt cắt ngang của thân tre.

Cọng
tre

C: Mặt cắt của tre được phóng to
(×10).
Y: Minh hoạ các bó mạch được gắn
vào trong nhu mô X.

Mấu

D: Một bó mạch được phóng to
(×80) để minh hoạ sự bện sợi hay
tạo sợi (1), cấu trúc dạng ống
metaxylam (2), vỏ bọc mô cứng
(3), khoảng trống gian bào (4), và
Libe (5).
Hình 1.2 Cấu trúc giải phẫu của tre

microfibril
Vùng vô
định hình

Hình 1.3 Cấu tạo lớp thứ cấp

Hình 1.4 Cấu trúc lớp của sợi tre

Các sợi tự nhiên được hình thành từ các sợi nhỏ hơn (fibril), các sợi nhỏ này chạy
dọc theo chiều dài của sợi. Mỗi sợi nhỏ là một cấu trúc lớp phức tạp và được cấu tạo bởi
một thành sơ cấp mỏng bao quanh lớp thứ cấp dày hơn. Trong lớp thứ cấp là các sợi
xenlulo vô cùng nhỏ (microfibril), các sợi này được lượn xoắn quanh trục của sợi (hình
1.3) [30]. Có nghĩa là tất cả các loại sợi tự nhiên trên cơ sở ligno-xenlulo bao gồm các sợi
xenlulo vô cùng nhỏ trong nền vô định hình của lignin và hemixenlulo. Góc giữa trục của
sợi và các sợi vô cùng nhỏ được gọi là góc sợi. Bản thân sợi thực vật nói chung và sợi tre
nói riêng là vật liệu được gia cường bằng sợi xenlulo do đó góc sợi và hàm lượng xenlulo
quyết định ứng xử cơ học của sợi [29, 34, 35].

10


Liese đã đưa ra hình ảnh về siêu cấu trúc của sợi tre (hình 1.4). Phiến tre bao gồm
các lớp hẹp và rộng xen kẽ nhau với sự định hướng sợi khác nhau. Trong lớp rộng, các sợi
nhỏ được định hướng tại các góc nhỏ hơn so với trục của sợi, trong khi ở các lớp hẹp sợi
nhỏ chủ yếu được định hướng ngang. Đồng thời, hàm lượng lignin trong lớp hẹp cao hơn
so với lớp rộng. Nhờ cấu trúc lớp này mà sợi có độ bền kéo rất cao [34, 35].
1.2.1.4 Thành phần hóa học của tre-nứa
Thành phần chính của tre-nứa là xenlulo, hemixenlulo và lignin. Trong đó, xenlulo
và hemixenlulo chiếm khoảng hơn 50% tổng số thành phần hóa học [34, 35]. Tính chất của
mỗi thành phần đều góp phần vào tính chất của sợi tre. Hemixenlulo gắn liền với khả năng
phân hủy sinh học, hấp thụ ẩm và phân hủy nhiệt, tuy nhiên độ bền nhiệt của hemixenlulo
là nhỏ nhất và ổn định hơn là lignin nhưng nó lại bị phân hủy bởi tia tử ngoại [29].
Bảng 1.2 Thành phần hoá học của một số loại nứa ở Việt Nam [26,28]

Thành phần

Nứa năm

Nứa bảy

Nứa tép

Nứa 7 tuổi

Xenlulo, %

50,86

50,28

52,31

45,37

Lignin, %

21,93

23,34

19,96

23,40

Pentoza, %

16,97

16,04

17,84

14,76

Phần tan trong nước nóng, %

9,73

9,08

9,91

12,66

Phần tan trong nước lạnh, %

6,74

7,73

7,43

10,54

Độ tro, %

2,04

1,64

-

3,54

-

-

-

2,97

0,014

-

-

-

2,7

-

-

-

Hàm lượng ôxit silic, %
Đường kính xơ, mm
Chiều dài xơ, mm

Tre có thành phần cấu tạo chung cũng như các loại thực vật khác và cũng có những
đặc điểm riêng của họ tre. Điều kiện sinh, hóa, thổ nhưỡng và tuổi ảnh hưởng không chỉ tới
cấu trúc mà còn tới thành phần hóa học của tre [30].
Ngoài những thành phần chính trên trong tre nứa còn có chứa một lượng nhỏ các
thành phần khác như: protit, nhựa, sáp, các chất mầu…[30, 33, 36].
11


* Xenlulo

Xenlulo được coi là một polysacarit tự nhiên, có cấu trúc mạch thẳng không phân
nhánh và được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là D-anhydroglucopyrano. Các mắt xích
này liên kết với nhau qua liên kết 1,4-β- D-glucozit [30, 33]. Công thức phân tử của
xenlulo là (C6H10O5)n hay [C6H7(OH)3]n.
CH2 OH

H

OH

OH

H

O
OH
H

H

O

H
H

H

H

H

OH

O
C H2 OH

O
n

Xenlulo là một polyme và có những tính chất riêng. Trung bình mỗi phân tử xenlulo
có chứa 3000 mắt xích cơ bản, trong một số phân tử xenlulo đặc biệt có thể có chứa tới
26000 mắt xích cơ bản. Đại phân tử xenlulo có thể có cả mắt xích là các monosacarit khác
nhau như hecxoza, pentoza và axit uronic. Đặc điểm và thành phần của xenlulo phụ thuộc
vào điều kiện tổng hợp nó trong tự nhiên [30, 33].

Do trong phân tử có chứa các nhóm hydroxyl phân cực mạnh nên mạch phân tử
xenlulo có tính chất bất đối xứng cao. Xenlulo có cấu trúc gồm những phần tinh thể định
hướng cao và những phần vô định hình. Tính chất cơ lý của phần tinh thể cao hơn phần vô
định hình. Ranh giới giữa các phần này không rõ ràng. Do có liên kết hydro nên khả năng
hòa tan của xenlulo bị hạn chế. Xenlulo không tan nhiều trong dung môi thông thường, bị
trương nở trong dung dịch ZnCl2, H2SO4, xút loãng. Trong quá trình hòa tan, xenlulo bị
trương nở trước rồi mới hòa tan. Liên kết glucozit trong xenlulo rất dễ tham gia phản ứng
phân hủy oxy hóa, thủy phân dưới tác dụng của oxy không khí, axit, kiềm loãng. Xenlulo
bị thủy phân trong môi trường axit, mạch bị đứt dần dần cuối cùng tạo ra đường Dglucoza. Liên kết glucozit bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt độ, vi sinh vật dẫn đến bị
đứt mạch [33].
* Pentoza (hemixenlulo)

Pentoza là một loại hemixenlulo hay còn gọi là hydrat cacbon polysacarit, khi thủy
phân cho đường pentoza có chứa 5 nguyên tử cacbon trong cấu trúc phân tử. Ngoài đường
khi thủy phân hemixenlulo còn có thể tạo ra axit polyuronic [33]. Hemixenlulo cấu tạo từ
một nhóm các polysacarit, các polysacarit này còn lại cùng với xenlulo sau khi lignin được
tách ra [30].
Pentoza có cấu trúc phức tạp hơn xenlulo. Nó có thể là polyme của một loại đơn vị
pentoza hoặc có thể là copolyme của pentoza và hecxoza. Cấu trúc phân tử có thể có mạch
12


nhánh, độ trùng hợp của hemixenlulo nhỏ hơn từ 10 tới 100 lần so với của xenlulo
(n<200). Do cấu trúc có phân nhánh nên pentoza có cấu trúc chủ yếu ở dạng vô định hình,
ngoài ra còn có một lượng nhỏ tồn tại ở vùng tinh thể của xenlulo. Vì cấu trúc chủ yếu là
vô định hình nên khả năng phản ứng của pentoza lớn hơn xenlulo rất nhiều.
Pentoza dễ dàng bị thủy phân. Quá trình thủy phân xảy ra như sau:
(C5H10 O4) n

+ n H2O

n C5H10O5

Ngoài ra còn có thể tạo ra một lượng nhỏ xyloza và arabinoza
OH

OH
O

OH
OH

OH
OH

O

O

OH
H
O

CH 2 O H

H

P entoza

Xyloza

OH
OH
H

OH

O
H

Arabinoza

Mạch chính của pentoza có kiểu liên kết 1,4-β-D-glucozit nên cấu tạo mạch tương
tự như xenlulo. Các mạch nhánh có cấu tạo từ xyloza, arabinoza, axit uronic. Trong thực
vật pentoza làm tăng độ bền cơ học cho gỗ và là chất dự trữ dinh dưỡng cho cây [33].
* Lignin

Lignin là thành phần hóa học phong phú thứ hai của tre. Chức năng của nó là kết
dính và là nền cho sợi xenlulo gia cường. Lignin là hệ thống dự trữ năng lượng và chống
lại các tác động cơ học như là một thành phần của vật liệu compozit [30, 33].

OCH 3
O
O H2 C
OCH 3

C

OH

CH 2
OCH 3

O
O H2 C
OCH 3

C

O

CH 2

Lignin là polyme thơm tự nhiên, là hỗn hợp phức tạp của nhiều polyme dạng
phenolic, có cấu tạo không gian ba chiều. Trong thực vật, lignin là chất liên kết giữa các tế
13


bào, làm cho thành tế bào cứng hơn, chịu va đập, nén, bền dưới tác dụng của vi sinh vật.
Vai trò sinh lý trong thực vật của lignin chưa được xác định rõ. Có quan điểm cho rằng axit
polyuronic và các hydrocacbon là thành phần tạo nên lignin. Dạng công thức cấu tạo điển
hình của lignin như trên [30].
Lignin có cấu trúc vô định hình, có khối lượng phân tử 4000 ÷ 10000, độ trùng hợp
n = 25÷45. Liên kết giữa lignin và xenlulo trong tre khá bền vững, bản chất của liên kết
này chưa được xác định rõ ràng. Liên kết giữa các đơn vị lignin rất phức tạp, hơn nữa khi
tách lignin từ tre để nghiên cứu thì nó đã bị biến đổi ít nhiều, do đó người ta chỉ đưa ra một
số dạng liên kết đơn giản có thể tồn tại trong lignin. Liên kết đó có thể là liên kết giữa
nguyên tử cacbon mạch thẳng và mạch thẳng, liên kết giữa cacbon thơm và thơm, liên kết
ete qua nhóm hydroxyl của rượu, liên kết qua nhóm -OH của phenol… [33, 36].
Trong lignin có chứa nhiều nhóm chức như nhóm hydroxyl tự do, nhóm metoxyl,

nhóm cacbonyl và nối đôi. Do đó lignin có thể tham gia các phản ứng như oxy hóa làm đứt
mạch cacbon tạo thành các axit béo và thơm, hydro hóa và khử, phản ứng halogel, axit
nitric, phản ứng metyl hóa… Lignin nóng chảy và phân hủy ở nhiệt độ 140 ÷ 160oC [33].
* Các chất vô cơ

Hàm lượng các chất vô cơ trong một loại thực vật thường được quy về hàm lượng
tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô cơ khác trong sợi sau khi
nung ở nhiệt độ 575±25oC. Hàm lượng các chất vô cơ có thể khá cao trong các loại thực
vật có chứa nhiều silica. Các cation thường gặp trong thành phần của tro là K+, Na+, Mg2+,
Ca2+, và các anion của các axit sunfuric, clohydro, photphoric, silic [33, 36].
* Ngoài ra trong thành phần của tre nứa còn có các chất tan trong nước như tinh bột, muối

vô cơ, chất mầu, tanit… và các thành phần khác như axit béo, sáp, nhựa và protein. Hàm
lượng các chất này nhỏ và thường được xử lý loại bỏ trước khi sử dụng [30, 33, 36].
1.2.1.5 Tính chất của tre-nứa
* Tính chất hóa học của tre-nứa

Tre được coi là một compozit tự nhiên với pha nền là lignin và hemixenlulo được
gia cường bằng sợi xenlulo, do đó tre cũng có các tính chất hóa học tương tự như tính chất
của các thành phần cấu tạo nên. Tuy nhiên, ở tre không bao gồm mọi tính chất của các
thành phần mà chỉ là sự kết hợp các tính chất đó. Vì vậy, tre có một số tính chất hóa học
như: có khả năng tác dụng với các chất halogel, tham gia phản ứng metyl hóa và đặc biệt là
có khả năng phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật và oxy không khí… [29, 30].
14


* Tính chất cơ học của tre-nứa

McLaughlin và Tait đã đưa ra các nghiên cứu về nhiều loại thực vật và liệt kê các
tính chất vật lý cũng như cơ học của chúng. Từ đó có thể thấy độ bền kéo và mođun đàn

hồi tăng lên cùng với sự tăng thành phần xenlulo và sự giảm góc sợi. So với các sợi tự
nhiên khác, sợi tre có chứa hàm lượng khá cao các xenlulo (~60%) và góc sợi nhỏ
(10÷12o) kết hợp với phần trăm cao của lignin (~32%) nên tre có khối lượng riêng thấp
nhất, có độ bền cơ học cao và đặc biệt là độ bền kéo. Tính chất cơ lý của tre được trình bày
ở bảng 1.3 [34, 35].
Bảng 1.3 Tính chất cơ lý của sợi tre
Tre (theo chiều ngang sợi)

Tre (theo chiều dọc sợi)

0,802

0,802

8,6 (±1,02)

200,5 (±7,08)

0,1 mm

10,2 %

-

19,6 (±2,09)

Độ bền uốn, MPa

9,4 (±0,3)

230,09 (±9,06)

Độ võng

Tách sợi

6,3 mm

3,02 (±1,08)

63,54 (±4,63)

Các đặc tính

Khối lượng riêng, g/cm3
Độ bền kéo, MPa
Độ giãn dài
Mođun đàn hồi, GPa

Độ bền va đập, KJ/m2

Cũng như thành phần hóa học, tính chất cơ lý của tre cũng phụ thuộc vào nhiều yếu
tố: giống loài, đất đai, thổ nhưỡng, khí hậu, tuổi, độ cao của cây, độ ẩm, điều kiện sau khi
khai thác… Độ ẩm trong tre tươi cao, độ ẩm giảm dần từ gốc tới ngọn và khi tuổi của cây
càng cao thì độ ẩm càng giảm. Độ ẩm trong tre tươi thay đổi trong một khoảng rộng từ
40% đến hơn 100% [37].
Độ bền kéo, nén, uốn của tre khô cao hơn nhiều so với tre tươi. Nói chung độ bền
của tre giảm dần từ gốc tới ngọn, từ ngoài vào trong theo chiều dày của ống tre. Khi ở điều
kiện khô không khí thì độ bền giữa phần gốc và phần ngọn không khác nhau nhiều lắm
(không quá 10%). Độ bền của phần cật cao hơn phần ruột khá nhiều nhất là độ bền kéo,

mức độ khác biệt tùy theo tuổi và loài cây. Tuổi thọ cho độ bền cao nhất thường khoảng
4÷6 năm. Ngoài ra, tính chất cơ lý của tre cũng còn phụ thuộc vào hàm lượng sợi xenlulo.
Khi hàm lượng sợi tre thay đổi từ 15÷20% đến 60÷65% thì độ bền kéo thay đổi từ
100÷600 MPa và mođun thay đổi từ 3÷15 GPa [37, 38].

15