Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa polypropylen tái chế với vỏ trấu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.98 MB, 66 trang )
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
-------οθο------
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỖ NHỰA TỪ
NHỰA POLYPROPYLEN TÁI CHẾ VỚI VỎ TRẤU
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
ĐỖ CÔNG QUỲNH
HÀ NỘI, NĂM 2018
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
-------οθο------
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỖ NHỰA TỪ
NHỰA POLYPROPYLEN TÁI CHẾ VỚI VỎ TRẤU
ĐỖ CÔNG QUỲNH
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 8440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. MAI VĂN TIẾN
HÀ NỘI, NĂM 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Mai Văn Tiến
Cán bộ hướng dẫn phụ (nếu có):........................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị)
Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Huy Tùng
Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Đào Ngọc Nhiệm
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày ... tháng ... năm 2018
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Đỗ Công Quỳnh
Lớp:
CH2AMT
Khoá: 2
Cán bộ hướng dẫn: TS. Mai Văn Tiến
Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa polypropylen tái chế
với vỏ trấu
Tóm tắt
Vật liệu compozit gỗ nhựa được chế tạo từ nhựa hạt polypropylen (PP) tái chế
với vỏ trấu được bằng phương pháp trộn hợp nóng chảy trong thiết bị trộn kín Haake
và thiết bị ép đùn trục vít. Đơn phối liệu chế tạo vật liệu bao gồm nhựa hạt PP tái chế
từ 50-80% khối lượng, sử dụng vỏ trấu thước hạt từ 0,1-2,0mm, đã xử lý và sấy khô
với hàm lượng từ 20-50% phần khối lượng, chất tương hợp MAPP được sử dụng với
hàm lượng 1-5%, chất trợ phân tán 2-7% và phụ gia chống cháy ZnO 1%.. Vật liệu
compozit gỗ nhựa từ PP tái chế với vỏ trấu cho độ bền kéo đạt 46,5 MPa, độ bền uốn
50,3MPa, độ hấp thụ nước 0,4-4,9%. Nghiên cứu tận dụng phế phẩm vỏ trấu từ ngành
sản xuất lúa gạo cùng với nhựa polypropylen tái chế để sản xuất vật liệu compozit gỗ
nhựa không những có ý nghĩa về mặt khoa học, tính ứng dụng thực tiễn và còn có ý
nghĩa lớn trong việc góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường hiện nay.
1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, có sự hỗ trợ của giáo
viên hướng dẫn là TS. Mai Văn Tiến. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn
toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào
khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Đỗ Công Quỳnh
2
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn thạc sĩ với tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ
nhựa từ nhựa polypropylen tái chế với vỏ trấu”.
Trước hết tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy - cô khoa Môi trường, Trường
Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những
kiến thức quý giá trong suốt thời gian học cao học tại trường.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn TS. Mai
Văn Tiến là người đã tận tình chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp
của mình.
Cảm ơn gia đình, bạn bè những người bạn đồng hành trong quãng thời gian học
cao học, những người đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên và là nguồn động lực để tôi
vươn lên.
Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu
sót vì vậy tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy – cô để luận văn
được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!.
3
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. 2
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... 3
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 4
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... 7
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 8
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 9
1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................... 9
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................... 10
3. Các nội dung nghiên cứu chính .................................................................................. 10
1.1. Giới thiệu về vật liệu compozit ............................................................................... 11
1.1.1. Vật liệu compozit ................................................................................................. 11
1.1.2. Tính chất của vật liệu compozit............................................................................ 11
1.1.3. Phân loại vật liệu compozit .................................................................................. 13
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu compozit ........................................................................... 15
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu compozit gỗ nhựa .............. 16
1.2.1. Nghiên cứu nước ngoài ........................................................................................ 16
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................................... 18
1.3. Vật liệu compozit gỗ - nhựa từ PP tái chế với vỏ trấu ............................................ 20
1.3.1. Thành phần chính của vật liệu compozit gỗ-nhựa trên cơ sở nhựa polypropylen
với vỏ trấu ....................................................................................................................... 22
1.3.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit gỗ-nhựa .......................................... 28
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu compozit gỗ-nhựa ..................... 30
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............32
2.1. Đối tượng phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 33
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ................................................................................... 33
2.2.1. Thiết bị sử dụng .................................................................................................... 33
2.2.2. Nguyên liệu và hoá chất ....................................................................................... 34
2.3. Các phương pháp xác định tính chất của vật liệu .................................................... 35
2.3.1. Xác định độ bền cơ của vật liệu ........................................................................... 35
2.3.2. Phương pháp phân tích hình thái cấu trúc bề mặt bằng chụp kính hiển vi điện tử
quét ................................................................................................................................. 37
2.3.3. Phương pháp phân tích nhiệt TGA ....................................................................... 37
2.4. Phương pháp chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa từ nhựa polypropylen tái chế với
vỏ trấu ............................................................................................................................. 38
2.4.1. Chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất ............................................................................ 38
2.4.2. Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa .............................................. 38
2.4.3. Thực nghiệm chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa ................................................. 40
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 44
3.1. Nghiên cứu khả năng tương hợp giữa các thành phần tổ hợp để chế tạo vật liệu
compozit gỗ nhựa ........................................................................................................... 44
4
3.2. Kết quả ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa trên cơ sở
polypropylen tái chế với vỏ trấu ..................................................................................... 45
3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa polypropylen/vỏ trấu đến tính chất cơ lý của vật liệu 45
3.2.2. Ảnh hưởng của phụ gia tương hợp MAPP đến tính chất của vật liệu compozit gỗ
nhựa ................................................................................................................................ 46
3.2.3. Ảnh hưởng của phụ gia chống cháy ZnO đến tính chất của vật liệu compozit gỗ
nhựa ................................................................................................................................ 47
3.2.4. Ảnh hưởng của kích thước hạt vỏ trấu đến các tính chất của vật liệu gỗ nhựa... 48
3.2.5. Ảnh hưởng phương pháp xử lý vỏ trấu đến tính chất của vật liệu compozit gỗ
nhựa ................................................................................................................................ 49
3.2.6. Ảnh hưởng của tốc độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của nhựa hạt ........................ 50
3.2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của nhựa hạt..................... 51
3.3. Đặc trưng cấu trúc tính chất của vật liệu compozit gỗ nhựa từ nhựa polypropylen
tái chế với vỏ trấu ........................................................................................................... 52
3.3.1. Đặc trưng cấu trúc hình thái bề mặt của vật liệu gỗ nhựa .................................... 52
3.3.2. Giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu compozit gỗ nhựa ....................................... 54
3.3.3. Khảo sát khả năng chịu môi trường của vật liệu compozit gỗ nhựa polypropylen
tái chế với vỏ trấu ........................................................................................................... 56
3.4. So sánh một số tính chất của vật liệu gỗ nhựa polypropylen /vỏ trấu với một số vật
liệu khác cùng chủng loại ............................................................................................... 57
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 59
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 63
5
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
Ký hiệu
WPC
Diễn giải
Wood Plastic Compozit - Vật liệu compozit gỗ nhựa
PE
Polyethylen
PP
Polypropylen
PVC
MAPP
Polyvinyl chloride
Polypropylen Maleic Anhydride
VT
Vỏ trấu
IR
Phổ hồng ngoại
SEM
Kính hiển vi điện tử quét
TGA
Phân tích nhiệt
DTA
Nhiệt vi sai
Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn
6
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Vật liệu WPC sử dụng trong đời sống ........................................................................ 21
Hình 1.2. Hàm lượng vỏ trấu trong hạt lúa................................................................................. 25
Hình 1.3. Phương pháp đúc ép nóng .......................................................................................... 29
Hình 1.4. Phương pháp ép đùn ................................................................................................... 30
Hình 2.1. Một số hình ảnh sản phẩm nhựa từ polypropylen và nhựa polypropylen tái chế ...... 34
Hình 2.2. Hình ảnh vỏ trấu trước và sau khi thu gom để chế tạo vật liệu .................................. 34
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình nghiên cứu ........................................................................................ 39
Hình 3.1. Giản đồ momen xoắn của quá trình trộn hợp chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa trên
cơ sở polypropylen/vỏ trấu ......................................................................................................... 44
Hình 3.2. Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa/ vỏ trấu tới tính chất cơ lý của vật liệu .................................. 45
Hình 3.3. Ảnh hưởng của chất tương hợp MAPP đến tính chất của vật liệu gỗ nhựa ............... 46
Hình 3.4. Ảnh hưởng kích thước vỏ trấu đến tính chất của vật liệu gỗ nhựa ............................ 48
Hình 3.5. Ảnh hưởng phương pháp xử lý vỏ trấu đến tính chất của vật liệu compozit gỗ nhựa
................................................................................................................................................................. 49
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của vật liệu ............................. 52
Hình 3.7. Ảnh SEM của vật liệu không sử dụng MAPP ............................................................ 53
Hình 3.8. Ảnh SEM của vật liệu sử dụng MAPP (1%) .............................................................. 53
Hình 3.9. Ảnh SEM của vật liệu sử dụng MAPP (2 %) ............................................................. 53
Hình 3.10. Ảnh SEM của vật liệu sử dụng MAPP (3 %) ........................................................... 54
Hình 3.11. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa không sử dụng phụ gia
chống cháy .................................................................................................................................. 55
Hình 3.12. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa có chứa phụ gia chống
cháy (ZnO hàm lượng 1%) ......................................................................................................... 55
Hình 3.13. Độ tăng trọng lượng của compozit khi ngâm trong môi trường nước...................... 56
7
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần của vỏ trấu .............................................................................................. 26
Bảng 2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng polypropylen/vỏ trấu đến tính chất cơ lý
của vật liệu .................................................................................................................................. 40
Bảng 2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất trợ tương hợp (MAPP) đến tính chất cơ lý của vật liệu
.................................................................................................................................................... 41
Bảng 2.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia chống cháy ZnO đến tính chất cơ lý của
vật liệu ........................................................................................................................................ 42
Bảng 2.4. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt vỏ trấu đến tính chất cơ lý của vật liệu ....... 42
Bảng 2.5. Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân xử lý vỏ trấu ......................................................... 43
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của phụ gia chống cháy hợp đến tính chất cơ lý của vật liệu gỗ nhựa.... 47
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ trộn hợp đến tính chất cơ lý của vật liệu ............................... 50
Bảng 3.3. So sánh các tính chất của vật liệu compozit polypropylen/vỏ trấu với một số vật liệu
khác ........................................................................................................................................................57
8
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, làm cho
ngành khoa học vật liệu cũng phát triển không ngừng nhằm tìm ra vật liệu mới đáp ứng
được các yêu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong đó, vật liệu compozit ngày càng
được quan tâm, sở dĩ vật liệu compozit ngày càng được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi
trong đời sống hàng ngày là vì chúng có nhiều tính chất ưu việt như: dễ gia công, bền,
nhẹ và có giá thành thấp. Trong số các vật liệu compozit thì compozit nền nhựa nhiệt
dẻo gia cường bằng sợi tự nhiên được chú ý hơn, do chúng là nguồn nguyên liệu tự
nhiên dồi dào tái tạo, có tỉ trọng thấp, độ bền cao và đặc biệt thân thiện với môi trường,
không độc hại đối với con người [3,8,25]...
Việt Nam là nước có nền văn mình lúa nước lâu đời, sản lượng xuất khẩu gạo
đứng thứ hai trên thế giới. Hàng năm Việt Nam sản xuất hơn hơn 45 triệu tấn lúa, trong
đó khối lượng phế phẩm vỏ trấu chiếm tới 20% và nguồn phế phẩm này chưa được sử
dụng hợp lý và hiện đang là nguyên nhân gián tiếp gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt
vào mùa thu hoạch lúa thì một lượng lớn trấu thải ra môi trường một cách bừa bãi, đổ
xuống sông, ao hồ, hoặc là được ủ đống để đốt. Chỉ một phần nhỏ được sử dụng làm
chất đốt. Do đó, việc sử dụng vỏ trấu làm chất độn gia cường để chế tạo vật compozit sẽ
tận dụng được nguồn phế phẩm dồi dào của ngành nông nghiệp, vừa giải quyết được
vấn đề ô nhiễm môi trường và góp phần cải thiện thu nhập cho người nông dân.
Bên cạnh đó nguồn phế liệu các loại nhựa nhiệt dẻo thải ra từ đồ dùng trong sinh
hoạt hàng ngày cũng rất đa dạng và phong phú. Phế liệu này chủ yếu có nguồn gốc từ
dầu mỏ như: nhựa Polypropylene (PP), Polyethylen (PE) và Polyvinychloride (PVC).
Theo số liệu thống kê điều tra lượng nhựa phế thải của Viện vật liệu xây dựng cho thấy
lượng nhựa phế thải trong rác thải sinh hoạt khá cao, mỗi ngày thải ra trung bình 400500 tấn nhựa phế thải. Do vậy nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit từ nhựa PP tái chế
với vỏ trấu rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mở ra xu hướng mới trong sử dụng
hiệu quả nguyên liệu phụ phẩm ngành nông nghiệp và chất thải nhựa tái chế, đặc biệt có
ý nghĩa trong việc góp phần bảo vệ môi trường.
Xuất phát từ các lý do trên đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa
polypropylen tái chế với vỏ trấu”, được tôi chọn làm đề tài luận văn tốt nghiệp đồng
thời đặt ra mục tiêu nghiên cứu sau:
9
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa
polypropylen tái chế với vỏ trấu.
- Sử dụng nguồn nguyên liệu vỏ trấu từ quá trình sản xuất lúa gạo của Việt
Nam, kết hợp với nhựa nhiệt dẻo PP tái chế để tạo ra vật liệu gỗ nhựa.
3. Các nội dung nghiên cứu chính
- Thu thập, tra cứu các tài liệu liên quan phục vụ cho luận văn.
- Tổng quan tài liệu trong và ngoài nước về tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng
dụng vật liệu gỗ nhựa từ PP tái chế với vỏ trấu.
- Chế tạo vật liệu gỗ nhựa (Wood Plastic Compozit – WPC) từ PP tái chế với vỏ
trấu và khảo sát để tối ưu các điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu:
+ Nghiên cứu điều kiện gia công mẫu và khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng
chất độn và chất tương hợp phụ gia chống cháy đến các tính chất vật liệu nhằm xác định
điều kiện công nghệ và tỷ lệ phối trộn tối ưu của vật liệu từ PP tái chế với vỏ trấu.
+ Nghiên cứu biến tính PP tái chế với vỏ trấu bằng cách sử dụng các chất tương
hợp nhằm cải thiện nâng cao tính năng của vật liệu.
- Tối ưu hóa các điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu.
- Phân tích tính chất của sản phẩm tạo ra:
+ Xác định tính năng cơ, lý, hóa của vật liệu
+ Đánh giá khả năng kháng nước, độ ổn định và khả năng chống cháy của vật
liệu tạo ra.
+ Đánh giá so sánh hiệu quả kinh tế, môi trường của vật liệu tạo ra với vật liệu
khác cùng loại.
+ Thu thập kết quả số liệu báo cáo hoàn thiện luận văn tốt nghiệp.
10
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu về vật liệu compozit
1.1.1. Vật liệu compozit
Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp mức độ vĩ mô của hai hay nhiều vật liệu thành
phần khác nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vật liệu mới
có tính năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần riêng rẽ.
Nhiều vật liệu compozit có nguồn gốc tự nhiên. Ví dụ gỗ là một compozit gồm
những sợi cellulose trong nền liên kết là ligin, hoặc xương bền và nhẹ được hình thành
do sự kết hợp của các tinh thể apatite (một hợp chất của axit) và những sợi protein
collagen. Ở Việt Nam, Ấn Độ, Hy Lạp và các nước khác, rơm hoặc trấu được trộn với
đất sét làm nhà cách đây hàng trăm năm là loại compozit sợ ngắn.
Sự tổ hợp hai hay nhiều vật liệu khác nhau trong thành phần cấu tạo vật liệu
compozit tạo nên một sản phẩm với các tính chất tối ưu, bao gồm tính chất cơ học, tính
chất hóa học và tính chất vật lý như tính dẫn nhiệt (độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt,
nhiệt dung riêng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chảy bền), tính chất điện (độ dẫn điện,
tổn thất điện môi…), tính chất quang học, tính cách âm…
Từ những năm 1960, xuất hiện nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu yêu cầu
cứng và nhẹ hơn. Tuy nhiên, không có một vật liệu đơn nào có thể đáp ứng được yêu
cầu đó. Xuất phát từ nhu cầu đó ý tưởng chế tạo vật liệu kết hợp từ một số vật liệu khác
nhau ra đời và tạo nên một loại vật liệu mới đó là vật liệu tổ hợp hay còn gọi là vật liệu
compozit.
1.1.2. Tính chất của vật liệu compozit
Trong điều kiện sử dụng so với các vật liệu khác thì vật liệu compozit có những
ưu điểm cơ bản sau:
-
Nhẹ và cứng hơn, khả năng chịu va đập, uốn, kéo tốt.
-
Chịu hoá chất, không sét gỉ, chống ăn mòn. Đặc tính này thích hợp cho biển và
khí hậu vùng biển.
-
Chịu thời tiết, chống tia tử ngoại, chống lão hoá nên rất bền.
-
Chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy.
-
Cách điện, cách nhiệt tốt.
11
-
Chịu ma sát, cường độ lực, nhiệt độ cao (thể hiện ở compozit sợi carbon).
-
Hấp thụ sóng điện tử tốt (compozit – thủy tinh).
-
Không thấm nước, không độc hại.
-
Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp.
-
Màu sắc đa dạng, đẹp bền vì được pha ngay trong nguyên liệu.
-
Thiết kế, tạo hình dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn.
+ Một số ưu điểm vượt trội của vật liệu compozit:
Nhựa compozit kế thừa những ưu điểm của vật liệu nhựa thông thường và cả
của kim loại như dẻo dai, dễ pha màu, dễ đóng khuôn tạo hình. Tuy nhiên, vật liệu
compozit còn tỏ ra ưu việt hơn rất nhiều khi mà chất lượng gia công của compozit
không thua kém gì với sắt thép – kim loại.
Nhựa compozit bền màu và trơ với hầu hết các chất ăn mòn, ít bị oxi hóa nên
vật liệu compozit được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất để
dùng làm thùng – bồn đựng hóa chất, thùng rác hay bọc bể chống ăn mòn…
Với ưu điểm dễ gia công, tạo hình, tạo màu giống như các sản phẩm nhựa
compozit còn được dùng để làm các sản phẩm đồ gia dụng hay các vật liệu xây dựng
như ống nước, mái che.
Không những thế do tính dẻo dai và chất lượng không kém gì kim loại mà lại
nhẹ hơn rất nhiều nên compozit còn được dùng làm các thiết bị vệ sinh và vỏ bọc sản
phẩm.
Ngoài ra sản phẩm làm từ nhựa compozit còn có khả năng cách điện, cách âm
tốt và tổng hợp những ưu điểm của cả nhựa và kim loại nên nhựa compozit đang dần
thay thế các loại vật liệu khác trong xây dựng và công nghiệp. Trộn hai vật liệu này
với nhau theo một tỷ lệ nhất định, gia nhiệt rồi ép vào khuôn dưới áp suất cao là ta có
được vật liệu compozit với hình dạng theo ý muốn, không cần phải luyện, tôi, phay,
tiện… như với các sản phẩm kim loại khác.
Compozit rất nhẹ, chỉ bằng 40% so với nhôm nếu cùng thể tích. Nhờ ưu điểm
này, gần đây, vật liệu compozit đã được sử dụng để thay thế kim loại trong các sản
phẩm của ngành cơ khí, chế tạo máy, đóng xuồng... Người ta có thể phủ lên mặt
compozit một lớp nhũ có ánh kim để tạo cảm giác giống kim loại [17]..
12
1.1.3. Phân loại vật liệu compozit
Vật liệu compozit được phân loại dựa theo hình dạng và theo bản chất của vật
liệu thành phần.
+ Theo hình dạng, cấu trúc vật liệu nền: Dựa vào cấu trúc vật liệu gia cường,
compozit được phân thành 3 nhóm chính: compozit gia cường sợi (compozit cốt sợi),
compozit gia cường hạt (compozit cốt hạt) và compozit cấu trúc.
- Compozit gia cường bằng sợi: Compozit gia cường sợi (fibre reinforced
compozit – FRC) là compozit có vật liệu gia cường ở dạng sợi, ví dụ như compozit sợi
thủy tinh, compozit sợi tự nhiên…..
Trong hệ compozit này, sợi chịu tải trọng chính, vật liệu nền chỉ đóng vai trò
phân bố tải trọng và truyền tải trọng sang sợi cũng như liên kết các sợi lại với nhau. Nói
chung, mục đích thiết kế FRC nhằm tạo sản phẩm có modul riêng (modul/khối lượng
riêng) và độ bền riêng (độ bền/khối lượng riêng) cao. Các sợi trong compozit có thể
được phân bố ngẫu nhiên hoặc có sự định hướng nhất định.
- Compozit gia cường bằng hạt: Compozit gia cường hạt (Particulate reinforced
compozit): là compozit được gia cường bởi các hạt với các hình dạng (hình cầu, que,
vảy...) và cỡ kích khác nhau như bột gỗ, than đen, cao lanh, vảy mica,
sắt, đồng, nhôm…
Các vật liệu gia cường hạt có kích cỡ macro, micro hoặc nano và thường có độ
cứng cao hơn vật liệu nền. Một số vật liệu gia cường dạng hạt có thể cải thiện các tính
chất của compozit như giảm co ngót, chống chảy, kháng mài mòn, chịu nhiệt… Tuy
nhiên, khả năng cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu gia cường dạng hạt thường bé hơn
rất nhiều so với vật liệu gia cường dạng sợi và phụ thuộc rất nhiều vào kết dính tại bề
mặt ranh giới phân chia pha. Chính vì vậy, vật liệu compozit hạt thường được dùng
trong các ứng dụng yêu cầu về độ bền không cao.
Trong nhiều trường hợp các hạt được sử dụng trong chế tạo compozit nhằm mục
đích giảm giá thành và tăng độ cứng sản phẩm.
- Compozit cấu trúc lớp: Compozit cấu trúc gồm 2 loại chính: compozit dạng lớp
(laminate) và sandwich panel:
Compozit cấu trúc lớp được tạo thành từ các lớp cơ sở, lớp thứ nhất là lớp chịu
lực (thường là các compozit cốt sợi đơn hướng) và lớp thứ hai đóng vai trò liên kết
13
(thường là vật liệu đồng nhất) hoặc có thể được tạo thành từ cùng một loại vật liệu
(thường là các compozit cốt sợi đơn hướng), gồm nhiều lớp sắp xếp đổi hướng các lớp
cho phù hợp yêu cầu thiết kế rồi ép lại sẽ thu được các bán thành phẩm dạng tấm dùng
trong xây dựng nhà cửa, làm vỏ thân cánh và đuôi các loại máy bay …
Sandwich panel có cấu tạo gồm hai lớp mặt, là vật liệu có độ bền và cứng cao
như tấm cấu trúc compozit dạng lớp, hợp kim nhôm, hợp kim titan… và lớp lõi ở giữa,
là vật liệu nhẹ, có độ bền và độ cứng tương đối bé. Lớp lõi có tác dụng duy trì khoảng
cách giữa hai tấm mặt và giảm biến dạng theo chiều vuông góc mặt tấm, tạo độ cứng
nhất định, tránh hiện tượng cong vênh tấm. Lớp lõi thường làm bằng: polyme bọt, cao
su nhân tạo, gỗ nhẹ, vật liệu dạng tổ ong. Compozit loại này được ứng dụng rất rộng
rãi: trần, sàn, tường trong xây dựng nhà cửa, làm vỏ thân cánh và đuôi các loại máy
bay…
+ Phân loại theo bản chất vật liệu nền:
Theo bản chất vật liệu nền, compozit được chia thành ba nhóm chính sau:
compozit nền polyme, compozit nền kim loại và compozit nền ceramic.
- Compozit nền polyme (Polyme matrix compozit – PMC) là compozit có nền là
các loại polyme nhiệt dẻo như polypropylen, polyethylene, polyvinyl chloride,
polyamide… hoặc các polyme nhiệt rắn như polyester không no, vinyl ester, phenolic,
melamine, polyurethane, epoxy… . Vật liệu gia cường là các sợi, hạt hữu cơ (sợi
Kevlar, cellulose…), vô cơ (thủy tinh, carbon…) và kim loại (nhôm, thép,
molipden…).
Loại compozit này được sử dụng rộng rãi nhờ ưu điểm rất lớn là dễ dàng gia
công tạo những sản phẩm có hình dạng phức tạp và kích thước lớn. Trong hệ compozit
này, vật liệu gia cường có độ bền và modul cao còn polyme nền có vai trò truyền tải
trọng và tăng khả năng kháng ăn mòn, chịu thời tiết cho compozit.
- Compozit nền kim loại: (Metal matrix compozit – MMC) là compozit có nền là
các kim loại như nhôm, magie, titan, sắt, cobalt, đồng…
Vật liệu gia cường là các sợi, hạt vô cơ ceramic (oxide, cacbua silic...) hoặc kim
loại (chì, vonfram, molipden...). Vật liệu nền thường dẻo dai, vật liệu gia cường
thường có tác dụng cải thiện tính chất cơ lý, kháng mài mòn, chống rão, dẫn nhiệt, ổn
định kích thước của compozit.
14
Ưu điểm lớn của compozit nền kim loại so với nền polyme là khả năng chịu
nhiệt tốt hơn, không cháy và chống lại sự tấn công của các chất lỏng hữu cơ tốt hơn.
Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm so với compozit nền polyme là giá thành cao hơn
và khối lượng riêng lớn hơn, dễ bị phá hủy tại bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu nền và vật
liệu gia cường do kim loại dễ bị ăn mòn.
- Compozit nền khoáng (gốm) hay còn gọi là compozit nền ceramic với vật liệu
cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)… Do sức
căng bề mặt của ceramic nóng chảy cao nên khó thấm ướt lên các loại sợi. Chính vì
vậy trong thực tế tồn tại rất ít hệ compozit nền ceramic.
Một hệ compozit điển hình trên nền ceramic được ứng dụng rộng rãi trong kỹ
thuật là compozit nền carbon gia cường sợi carbon nhờ những tính chất ưu việt như
chịu nhiệt tốt đến 2200oC mà vẫn duy trì độ bền cao, tỉ số độ bền/trọng lượng và độ
cứng/trọng lượng cao, ổn định kích thước tốt, chống ăn mòn tốt, kháng hóa chất tốt…
Compozit nền carbon gia cường sợi carbon được dùng trong những ứng dụng cấu trúc
và phi cấu trúc, đặc biệt là ứng dụng cấu trúc vận hành ở nhiệt độ cao như các bộ phận
của máy bay, động cơ phản lực, tên lửa… Nhược điểm lớn nhất của hệ compozit này là
giá thành cao do giá nguyên liệu và chi phí sản xuất cao.
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu compozit
Compozit được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau đây:
+ Trong giao thông vận tải: Thay thế các loại sắt, gỗ, ván... VD: càng, thùng trần
của các loại xe ôtô, một số chi tiết của xe môtô.
+ Trong hàng hải: Làm ghe, thuyền, thùng, tàu...
+ Trong ngành hàng không: Thay thế vật liệu sắt, nhôm... trong máy bay dân
dụng, quân sự.
+ Trong quân đội: Những phương tiện chiến đấu: Tàu, máy bay, phi thuyền...
Dụng cụ, phương tiện phục vụ cho việc sản xuất nghiên cứu trong quân đội như: Bồn
chứa nước hoặc hóa chất, khay trồng rau, bia tập bắn....
+ Trong công nghiệp hóa chất: Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat bằng
epoxy hoặc nhựa vinyleste). Bồn chứa dung dịch kiềm (thay gelcoat bằng epoxy).
15
+ Trong dân dụng: Sản phẩm trong sơn mài: Bình, tô, chén, đũa...; Sản phẩm
trang trí nội thất: Khung hình, phù điêu, nẹp hình, vách ngăn...; Bàn ghế, tủ giả đá,
khay, thùng, bồn, đường ống dẫn nước...
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu compozit gỗ nhựa
1.2.1.1. Nghiên cứu nước ngoài
Vật liệu compozit gỗ nhựa trong những năm gần đây được nhiều nước quan tâm
nghiên và có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụng sợi tự nhiên có chứa thành
phần cellulose như sợi lanh, đay, gai, tre, dứa, gỗ,… để tạo ra vật liệu mới phục vụ nhu
cầu con người. Các loại sợi này được sử dụng để thay thế cho các chất vô cơ khó phân
hủy và chúng giúp nâng cao được một số tính chất của vật liệu compozit. Với những ưu
điểm là khối lượng riêng thấp, tính năng cơ lý cao, ít gây tác dụng mài mòn thiết bị gia
công, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường và nguồn nguyên liệu sẵn có, các sản
phẩm compozit sợi tự nhiên đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau; Đã có
nhiều các công trình nghiên cứu về lĩnh vực này như:
- Vật liệu WPC là loại vật liệu được tạo ra bằng cách trộn bột vỏ trấu với các
loại nhựa, hay đưa bột vỏ trấu vào gia cường cho nhựa nền, qua ép đùn hoặc ép phun
ở nhiệt độ cao. Vật liệu WPC gia cường bằng các loại sợi tự nhiên hay bột vỏ trấu cũng
thuộc nhóm vật liệu này. Sản phẩm của nó đều có đặc tính cơ học rất tốt và được ứng
dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, nhưng do đặc tính của nhựa PP là kỵ nước, phân
cực kém, khó kết hợp với sợi tự nhiên có đặc tính ưa nước và phân cực cao, nên khả
năng tạo liên kết giữa hai loại vật liệu này là không cao [23,40].
- Vào những năm 80, mặc dù chưa có nền tảng khoa học để xác định chính xác
về cơ chế liên kết giữa sợi gỗ và nhựa, song bằng cách sử dụng các chất trợ tương hợp
(hay chất khơi mào) các nhà nghiên cứu đã tiến hành xử lý hóa học để nâng cao tính
tương hợp của hai loại vật liệu này. Các nghiên cứu cho thấy phần lớn các chất trợ
tương hợp như silan, maleic anhydride ghép polyolefin đều làm tăng khả năng bám
dính giữa hai loại vật liệu [20,37]. Kishi và các đồng nghiệp (1988) đã tạo ra quá trình
este hóa bằng cách xử lý sợi gỗ với dung dịch MAPP. Qua phân tích quang phổ cho
thấy liên kết hóa học giữa MA với gỗ và PP đã xuất hiện.
- Năm 1999, Jochen Gassan và Andrzej K.Bledzki đã tiến hành nghiên cứu
ảnh hưởng của quá trình xử lý bề mặt sợi đến tính chất cơ học của compozit PP - sợi
đay [19]. Các tác giả đã tiến hành xử lý sợi bằng cách cho MAPP với các hàm lượng
16
khác nhau trong toluen với thời gian 5 phút và 10 phút. Sau đó đem sấy chân không
trong 2 giờ ở 75 oC. Kết quả cho thấy, hiệu quả của chất trợ tương hợp phụ thuộc vào
nồng độ và thời gian xử lý, như môđun đàn hồi tăng 90% khi xử lý trong 5 phút. Xử
lý lâu hơn và nồng độ MAPP cao hơn sẽ làm môđun đàn hồi giảm xuống. Độ bền
uốn tăng 40% khi xử lý bằng dung dịch MAPP 0,1% tỷ lệ trong toluen với thời gian
xử lý 15 phút. Khi tăng nồng độ MAPP lên 0,6% thì kết quả nhận được với 5 phút và
10 phút là như nhau.
- Năm 2006, Fauzi Febrianto và Dina Styawatti đã tiến hành nghiên cứu về
ảnh hưởng của bột vỏ trấu và hàm lượng chất biến tính MA đến tính chất cơ lý của
vật liệu compozit bột vỏ trấu và PP tái sinh [28]. Nghiên cứu cho thấy tính chất cơ lý
của vật liệu compozit phụ thuộc vào hàm lượng và kích thước của bột gỗ, nhựa PP.
Khi tăng tỷ lệ gỗ/nhựa thì độ bền kéo càng giảm, môđun đàn hồi tăng. Tính chất vật
lý và tính chất cơ học của vật liệu đều bị ảnh hưởng bởi hàm lượng chất MA, khi
cho 2,5% trọng lượng MA thì độ bền kéo, độ bền kéo và môđun đàn hồi đều cao hơn
so với compozit không có MA.
- Năm 1991, Felix J.Mvà đồng nghiệp đã sử dụng MAPP để xử lý cellulose
trong sợi gỗ [27]. Kết quả cho thấy, chất trợ tương hợp MAPP đã làm giảm góc tiếp
xúc giữa hai loại vật liệu, góc tiếp xúc nằm trong khoảng 130 – 140oC, khả năng kết
dính tăng lên rõ rệt. Kết quả nghiên cứu, các tác giả đã đánh giá được sự ảnh hưởng
của chất trợ tương hợp đến khả năng thấm ướt của gỗ và liên kết giữa nhựa PP - bột
vỏ trấu- chất trợ tương hợp.
- Năm 2010, Cao Jin-Zhen và các đồng nghiệp nghiên cứu sơ bộ về đặc tính dẻo
của vật liệu compozit MAPP ghép với bột bột gỗ bạch dương và nhựa PP [24]. Các tác
giả đã đo độ mỏi và phân tích động lực học của vật liệu. Trong nghiên cứu đã sử dụng
tỷ lệ gỗ/nhựa là (40:60, 60:40, 80:20) cùng với 5 cấp tỷ lệ MAPP (0, 1, 2, 4, 8%) để
nghiên cứu ảnh hưởng của MAPP đến đặc tính dẻo của vật liệu. Kết quả cho thấy tỷ lệ
gỗ cao thì độ bền mỏi cao hơn với vật liệu không dùng MAPP. Khi biến tính bằng
MAPP ở tỷ lệ gỗ - nhựa là 60:40 và 80:20 thì dễ dàng thấy được ảnh hưởng của nó đến
độ bền mỏi của vật liệu cao hơn, nhưng hầu như không ảnh hưởng với tỷ lệ 40:60. Độ
bền mỏi tốt nhất khi MAPP ở 1% với tỷ lệ bột gỗ/PP là 60:40. Kết quả cho thấy việc sử
dụng MAPP với tỷ lệ phù hợp sẽ làm tính dẻo của WPC khi tỷ lệ gỗ cao hơn nhựa.
17
- Năm 2011, Behzad Kord nghiên cứu ảnh hưởng của Maleic anhydride đến độ
bền uốn, kéo, độ bền va đập của nhựa PP gia cường bằng mùn cưa [22]. Sản phẩm
được chế tạo từ nhựa PP và bột gỗ lấy từ mùn cưa với tỷ lệ 50/50 tính theo trọng lượng,
chất trợ tương hợp từ 0,1 – 2% đã được sản xuất bằng phương pháp ép nóng chảy và ép
phun. Kết quả cho thấy độ bền kéo, độ bền va đập đã tăng mạnh khi tăng chất trợ tương
hợp MA, các đặc tính cơ học của vật liệu compozit gỗ - nhựa cũng tăng lên.
- Năm 2006, M.Khalid và các đồng nghiệp đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ
tương hợp MAPP lên đặc tính cơ học của vật liệu compozit sinh học PP gia cường bằng
sợi cây cọ dầu và cellulose [38]. Trong nghiên cứu sử dụng chất trợ tương hợp MAPP
cho PP - cellulose (lấy từ cây cọ dầu) và PP - sợi từ cây cọ dầu (EFBF). Tỷ lệ trộn của
PP với cellulose và PP với EFBF là 70:30 trên máy trộn brabender tại nhiệt độ là 180oC.
MAPP được cho vào với các tỷ lệ 2, 3, 5 và 7% tỷ lệ so với PP trong quá trình trộn.
Kết quả cho thấy tỷ lệ của MAPP đã ảnh hưởng đến độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền
va đập của vật liệu. Khi cho 30% tỷ lệ (cellulose và sợi) và 70% nhựa PP cho chất trợ
tương hợp 2% MAPP thì cho kết quả tốt nhất đối với vật liệu PP - EFBF, độ bền kéo
của PP - EFBF, tăng 58% so với khi không cho chất trợ tương hợp MAPP, nhưng lại
không có sự thay đổi nhiều với vật liệu PP - cellulose.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu sử dụng sợi thực vật sản suất vật liệu compozit có nhiều ưu điểm như
nhẹ, độ bến kéo tốt, dễ gia công, giá thành thấp, dễ phân hủy, thân thiện với môi
trường,… cho nên đã có rất nhiều nghiên cứu về sử dụng sợi thực vật làm vật liệu gia
cường cho compozit đã có các công trình nghiên cứu tiêu biểu như:
- Năm 2002, Trần Vĩnh Diệu và đồng nghiệp đã nghiên cứu chế tạo compozit
trên cơ sở PP gia cường bằng sợi đay [5]. Vật liệu được chế tạo bằng cách xếp các lớp
màng PP - MAPP và sợi đay theo thiết kế rồi ép trên máy ép thủy lực (ép phẳng
trong khuôn kín) dưới áp suất 7MPa trong 50 phút; kết quả cho thấy hàm lượng MAPP
có ảnh hưởng đến tính chất cơ học của compozit, độ bền kéo và độ bền uốn cực đại khi
dùng 7% trọng lượng MAPP, độ bền va đập giảm khoảng 50%.
- Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân nghiên cứu chế tạo vật liệu
polyme - compozit trên cơ sở nhựa PP gia cường bằng hệ lai tạo tre, luồng - sợi thủy
tinh [6]. Vật liệu chế tạo bằng cách nhựa và sợi được xếp từng lớp vào khuôn theo
nguyên tắc nhựa sợi xen kẽ; hàm lượng sợi chiếm 60% và được ép ở nhiệt độ 190 oC, áp
18
suất ép 100KG/cm2, gia nhiệt trong 60 phút, ép trong 30 phút, làm nguội đến 80 oC bằng
phương pháp ép phẳng trong khuôn; kết quả cho thấy việc xử lý sợi tre luồng bằng
dung dịch NaOH đã làm tăng hàm lượng cellulose trong sợi do đó làm tăng khả năng
bám dính giữa sợi và nhựa. Việc sử dụng lai tạo 3 loại sợi trên cho tính năng độ bền uốn
của vật liệu tăng lên rõ rệt.
- Năm 2006, Trần Vĩnh Diệu và đồng nghiệp đã tiến hành khảo sát độ bền va
đập của compozit PP - Bột trấu [4]. Kết quả là độ bền va đập của compozit được khảo
sát ở các hàm lượng bột: 30, 35, 40, 45, 50 và 55%, cùng với chất trợ tương hợp MAPP
có hàm lượng MA 0,5%. Kết quả cho thấy, compozit với hàm lượng bột trấu 55% có độ
bền va đập đạt 2,5KJ/m2, cao gấp 4 lần so với PP nguyên sinh.
- Năm 2010, Đoàn Thi Thu Loan đã nghiên cứu cải thiện tính năng của vật liệu
compozit sợi đay/nhựa PP bằng phương pháp biến tính nhựa nền [12]. Vật liệu gia công
bằng hai công đoạn tạo hạt gỗ nhựa bằng máy ép đùn hai trục vít và tạo mẫu thử bằng
phương pháp đúc tiêm (ép phun trong khuôn kín). Kết quả đã tiến hành khảo sát ảnh
hưởng của các tác nhân tương hợp copolyme ghép của PP với MA (MAHgPP) đến tính
chất của compozit nền nhựa PP gia cường bằng sợi đay. Kết quả cho thấy, khi thêm 2%
khối lượng Exxelor (Ex) vào nhựa nền PP thì khả năng kết dính tại bề mặt tiếp xúc
được cải thiện đáng kể, nhờ vậy đã làm tăng độ bền kéo trượt, độ bền kéo, độ bền va
đập và độ kháng nước của vật liệu tạo ra. Tuy nhiên ảnh hưởng đến mô đun kéo ảnh
hưởng không nhiều.
- Năm 2011, Hà Tiến Mạnh và đồng nghiệp Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bột
gỗ và nhựa polypropylen đến tính chất compozit gỗ - nhựa [13]. Nguyên liệu sử dụng là
gỗ Keo tai tượng, nhựa tái chế PP và được pha trộn tỷ lệ gỗ/nhựa theo 3 cấp (50/50;
60/40; 70/30) trộn đều và được tạo hạt trên máy ép hai trục vít ở nhiệt độ 175oC tạo
thành hạt gỗ nhựa; sau đó ép sản phẩm trên máy ép phẳng ở nhiệt độ 170oC dưới áp lực
1,5 - 7,5MPa trong chu kỳ ép là 40 phút. Kết quả nghiên cứu đã xác định được sự ảnh
hưởng của tỷ lệ bột vỏ trấu- nhựa đến một số tính chất của compozit gỗ - nhựa PE. Tuy
nhiên sự ảnh hưởng này chưa có sự khác biệt lớn.
- Năm 2012, đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ của PGS.TS. Vũ Huy Đại đã
nghiên cứu công nghệ sản xuất compozit từ phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải [7]. Vật
liệu được chế tạo từ nhựa PP, PE, PVC tái chế với phế liệu gỗ keo tai tượng. Kết quả
đã đạt được như: đã xây dựng được các bước công nghệ chủ yếu để xử lý tái chế các
19
loại nhựa này và các bước công nghệ tạo bột gỗ, keo tai tượng từ mun cưa, phoi bào,
bìa bắp; Đã xác định được ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ/nhựa tái chế đến tính chất của hạt
và đã thiết lập được quy trình công nghệ tạo hạt gỗ nhựa với cấp tỷ lệ cho nhựa PP và
PE (bột gỗ 50%/nhựa 45%/trợ tương hợp 5%) và đề xuất được công nghệ sản xuất
compozit gỗ-nhựa từ phế liệu gỗ và nhựa tái chế PP, PE, PVC trên máy ép đùn hai
trục vít Cinnanici TS 80.
- Năm 2013, đề tài thuộc chương KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước KC.02/1115 của TS. Nguyễn Vũ Giang nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa
polylefin (polyetylen, polypropylen) khâu mạch (XLPO) và bột vỏ trấu biến tính ứng
dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội - ngoại thất [10]. Vật liệu được chế tạo từ bột
vỏ trấuGiáng hương sau đó xử lý bột vỏ trấu bằng kiềm nóng để loại bỏ tạp chất có
trong bột vỏ trấu và rửa sạch bằng nước cất rồi sấy khô; sau đó biến tính bề mặt bột vỏ
trấubằng tetraethyl ortosilicat và 3 - glyxidoxyl propyl trimetoxy silan. Dùng bột vỏ trấu
đã biến tính chế tạo vật liệu XLPE/bột vỏ trấu biến tính và XLPP/bột vỏ trấu biến tính
với các yếu tố thay đổi như tỷ lệ bột vỏ trấu thay đổi từ 20-60%, nhiệt độ gia công từ
170-200oC, thời gian trộn từ 3-8 phút; phương pháp gia công là dùng thiết bị ép đùn
một trục tạo hạt sau đó chuyển sang máy ép định hình tấm phẳng,… Kết quả đề tài đã
xác định được các thông số công nghệ ảnh hưởng tới quá trình biến tính bột vỏ trấu
Giáng hương và điều kiện gia công tối ưu cho hai loại vật liệu XLPE/bột vỏ trấu biến
tính và XLPP/bột vỏ trấu biến tính.
1.3. Vật liệu compozit gỗ - nhựa từ PP tái chế với vỏ trấu
Vật liệu compozit gỗ - nhựa là loại vật liệu compozit được tổ hợp từ nhựa nhiệt
dẻo như PP, cùng với cốt là các loại bột gỗ, sợi gỗ hay các loại sợi thực vật khác. Ngoài
ra, trong quá trình chế tạo có thể có thêm một số chất phụ gia như phụ gia trợ tương
hợp, phụ gia liên kết, phụ gia chống cháy và các loại phụ gia khác. Sản phẩm WPC trên
cơ sở nhựa PP có cơ tính tốt, có độ ổn định kích thước cao và có thể chế tạo ra các loại
sản phẩm có hình dạng phức tạp [1,2,11,18].
Vật liệu WPC là vật liệu được biết đến sớm vào năm 1900, tuy nhiên vào năm
1983 công ty American Woodstock ở Sheboygan, Wisconsin bắt đầu sản xuất WPC cho
nội thất ôtô bằng phương pháp ép đùn sử dụng nhựa nền PP và bột gỗ, từ đó sản phẩm
WPC được phổ biến rộng trên thế giới [35].
20
Vật liệu WPC hiện nay được sử dụng nhiều trong công nghiệp như làm sàn tàu,
khung cửa, ván sàn, ốp tường, ốp trần nhà, làm hàng rào trang trí. Nhờ những đặc tính
ưu việt mà WPC được dùng để thay thế cho gỗ tự nhiên, ván dăm, ván sợi dùng trong
xây dựng, giao thông, các công trình nội thất, ngoại thất, đồ nội thất ô tô, máy bay,...
Một số ứng dụng cụ thể của vật liệu compozit như: Làm ván sàn ngoài trời (hình 1.1)
[36].
Hình 1.1. Vật liệu WPC sử dụng trong đời sống
Sản phẩm WPC có thể sản xuất bằng công nghệ ép đùn, ép phun hay ép phẳng
trong khuôn. Gỗ gia cường có thể được sử dụng ở dạng bột gỗ, dăm gỗ hay các phế liệu
trong chế biến gỗ như mùn cưa, vỏ bào,… Nhựa nhiệt dẻo có thể sử dụng là nhựa tái
sinh hoặc nguyên sinh tuỳ vào lĩnh vực và yêu cầu sử dụng của vật liệu [21,23].
21
1.3.1. Thành phần chính của vật liệu compozit gỗ-nhựa trên cơ sở nhựa
polypropylen với vỏ trấu
a, Vật liệu nền nhựa polypropylene
Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo như
PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi. Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ
dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ.
Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ.
PP không màu không mùi,không vị, không độc. Hạt nhựa PP cháy sáng với ngọn
lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su.
Chịu được nhiệt độ cao hơn 100oC. Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP
(1400C), cao so với PE – có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên
thường ít dùng PP làm lớp trong cùng. Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và
các khí khác.
- Công thức phân tử: (C3H6)x
- Tỷ trọng: PP vô định hình 0,85 g/cm3
- PP tinh thể: 0,95 g/cm3
- Độ giãn dài: 250- 700%
- Độ bền kéo: 30-40 N/mm2
- Độ dai va đập: 3,28- 5,9 kJ/m2
- Điểm nóng chảy: ~ 165 °C
Polypropylen (PP) là một polyme nhiệt dẻo được tổng hợp từ monome propylen sản
phẩm của công nghệ lọc hóa dầu. PP được sử dụng trong nhiều ứng dụng bao gồm bao bì
cho các sản phẩm tiêu dùng, phụ tùng nhựa cho các ngành công nghiệp khác nhau bao gồm
ngành công nghiệp ô tô, thiết bị đặc biệt như bản lề sống và hàng dệt. Polypropylen lần đầu
tiên được trùng hợp vào năm 1951 bởi một cặp nhà khoa học về dầu mỏ Philips tên là Paul
Hogan và Robert Banks và sau đó là các nhà khoa học Italy. Nó trở nên nổi bật cực kì
nhanh chóng, vì sản phẩm thương mại đã bắt đầu chỉ mới ba năm khi nhà hóa học người Ý,
giáo sư Giulio Natta, lần đầu tiên hóa lại nó. Natta hoàn thiện và tổng hợp nhựa
polypropylen đầu tiên ở Tây Ban Nha vào năm 1954. Đến năm 1957, sự phổ biến của nó
đã bùng nổ và phổ biến rộng rãi sản xuất thương mại bắt đầu trên khắp châu Âu. Hôm nay
nó là một trong những loại nhựa được sản xuất phổ biến nhất trên thế giới.
22
