Nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ tương hợp maleated polypropylene (MAPP) đến tính chất cơ lý composite nhựa poly propylene
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.38 MB, 102 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------
NGUYỄN HẢI HOÀN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TRỢ TƯƠNG HỢP
MALEATED POLYPROPYLENE (MAPP) ĐẾN TÍNH CHẤT
CƠ LÝ COMPOSITE GỖ - NHỰA POLY PROPYLENE
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hà Nô ̣i - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------
NGUYỄN HẢI HOÀN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TRỢ TƯƠNG HỢP
MALEATED POLYPROPYLENE (MAPP) ĐẾN TÍNH CHẤT
CƠ LÝ COMPOSITE GỖ - NHỰA POLY PROPYLENE
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60 52 24
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Vũ Huy Đại
Hà Nô ̣i - 2011
i
LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới
thầy giáo hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ Vũ Huy Đại đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn
tơi trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo khoa
Sau đại học, các thầy cô giáo khoa Chế biến Lâm sản đã quan tâm và tận tình chỉ bảo
cho tơi trong suốt q trình học tập và nghiên cứu tại Trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Phạm Gia Huân và các cán bộ, công nhân viên
thuộc Trung tâm nghiên cứu Vật liệu Polyme – Composite thuộc Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội; Trung tâm thông tin khoa học thư viện Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội; Trung tâm thông tin khoa học thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp;
Gia đình anh Ninh tại làng nghề Triều Khúc – Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất giúp tơi hồn thành nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp đã luôn giành sự động viên, giúp đỡ và ủng hộ tơi trong q trình học tập và
nghiên cứu đã qua.
Tơi xin cam đoan bản luận văn này là cơng trình nghiên cứu của bản thân và xin
đảm bảo những kết quả nghiên cứu trình bày ở đây là trung thực ./.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2011
Học viên
Nguyễn Hải Hoàn
ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ....................................................................................................................i
Mục lục ........................................................................................................................ ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ........................................................................v
Danh mục các bảng ......................................................................................................vi
Danh mục các hình vẽ, biểu đồ .................................................................................. vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ..............................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ................................................................2
1.1. Khái quát về vật liệu Polyme Composite và Composite gỗ - nhựa ...................2
1.1.1. Khái niệm về vật liệu Polyme Composite...................................................2
1.1.2. Vật liê ̣u Composite gỗ – nhựa (WPC) ........................................................3
1.1.3. Lịch sử phát triển và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa ...............3
1.2 Tình hình nghiên cứu ..........................................................................................5
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước ...............................................................5
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ..............................................................10
Chương 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......15
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................15
2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................15
2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................15
2.3.1. Tiếp cận vấn đề nghiên cứu .....................................................................15
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................17
2.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................17
2.4.1. Đố i tượng nghiên cứu ..............................................................................17
2.4.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................18
2.6. Ý nghĩa khoa ho ̣c và thực tiễn của đề tài .........................................................20
2.6.1. Ý nghiã khoa học ......................................................................................20
2.6.2. Ý nghiã thực tiễn ......................................................................................20
Chương 3. CƠ SỞ LÝ LUẬN ..................................................................................21
3.1. Nguyên lý hình thành và cơ chế liên kế t của vật liệu Composite gỗ - nhựa PP
................................................................................................................................21
iii
3.1.1. Nguyên lý hình thành của vật liệu Composite gỗ – nhựa PP ..................21
3.1.2. Cơ chế liên kết giữa bột gỗ và nhựa PP trong Composite gỗ – nhựa PP21
3.2. Nguyên liệu trong gia công vật liệu composite gỗ- nhựa PP ..........................24
3.2.1. Nhựa nền polypropylene ..........................................................................24
3.2.2. Bột gỗ .......................................................................................................27
3.2.3. Các chấ t phụ gia khác ..............................................................................32
3.3. Công nghê ̣ sản xuấ t Composite gỗ – nhựa PP .................................................32
3.4. Mô ̣t sớ yếu tố cơng nghê ̣ ảnh hưởng đến tính chất composite gỗ - nhựa PP .33
3.4.1. Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC .........................33
3.4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng bột đến tính chất của vật liệu WPC ..............34
3.4.3. Ảnh hưởng của phương pháp gia công đến tính chất của vật liệu WPC .34
3.4.4. Ảnh hưởng của thông số chế độ ép khi gia công trên máy ép khn đến
tính chất của vật liêu WPC .........................................................................................35
3.5. Nâng cao chấ t lươ ̣ng composite gỗ-nhựa bằ ng chấ t trơ ̣ tương hơ ̣p ................36
3.5.1. Vai trò của chất trợ tương hợp ...............................................................36
3.5.2. Đặc điểm của chất trợ tương hợp MAPP.................................................38
Chương 4. THỰC NGHIỆM....................................................................................45
4.1. Nguyên liệu và thiết bị ....................................................................................45
4.1.1. Nguyên liệu ...............................................................................................45
4.1.2. Thiết bị .....................................................................................................45
4.2. Quy triǹ h ta ̣o ha ̣t nhựa PP tái sinh và bô ̣t gỗ ...................................................46
4.2.1. Quy trình tạo hạt nhựa PP tái sinh ..........................................................46
4.2.2. Quy trình tạo bột gỗ từ mùn cưa ..............................................................50
4.3. Thực nghiệm tạo WPC với các phương án trô ̣n hơ ̣p MAPP khác nhau.........52
4.3.1. Thực nghiê ̣m tạo WPC theo phương án 1: (MAPP + PP)+G .................53
4.3.2. Thực nghiê ̣m tạo WPC theo phương án 2: (MAPP+G)+PP ...................57
4.3.3. Thực nghiê ̣m tạo WPC theo phương án 3: (MAPP+G+PP) ...................58
4.4. Thực nghiệm tạo WPC với các hàm lươ ̣ng MAPP khác nhau .......................58
4.4.1. Xác đi ̣nh quy trình thực nghiê ̣m ...............................................................58
4.4.2. Xác đi ̣nh tỷ lê ̣ các thành phầ n nguyên liê ̣u ..............................................58
4.4.3. Quá trình thực nghiệm .............................................................................59
4.5. Thí nghiê ̣m xác định tính chất Composite gỗ - nhựa PP .................................60
iv
4.5.1. Tỷ trọng của vật liệu ................................................................................60
4.5.2. Xác định nhiê ̣t độ chảy mề m của hạt gỗ-nhựa .........................................61
4.5.3. Xác định chỉ số chảy (melt flow index) của nhựa ....................................62
4.5.4. Độ bền kéo ................................................................................................62
4.5.5. Độ bền va đập Charpy .............................................................................62
4.5.6. Đo độ bền uốn ..........................................................................................63
4.5.7. Đo độ hấp thụ nước ..................................................................................63
4.5.8. Khảo sát cấu trúc hiển vi vật liê ̣u bằng kính hiể n vi điện tử....................64
Chương 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................66
5.1. Kế t quả khảo sát các phương pháp đưa MAPP vào hỗn hơ ̣p ..........................66
5.2. Kế t quả thực nghiê ̣m khảo sát đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ
tương hợp MAPP đến tính chất của vật liệu composite gỗ-nhựa PP .....................68
5.2.1. Kết quả kiể m tra nhiệt độ chảy mềm và chỉ số chảy của hạt gỗ - nhựa ..68
5.2.2. Kết quả kiể m tra tỷ trọng của vật liệu ......................................................70
5.2.3. Kết quả kiể m tra độ bền kéo của vật liê ̣u Composite gỗ – nhựa PP........72
5.2.4. Kết quả kiể m tra độ bền uốn tĩnh .............................................................74
5.2.5. Kết quả kiể m tra độ bền va đập charpy ...................................................75
5.2.6. Kết quả kiể m tra độ hấp thụ nước của vật liê ̣u ........................................77
5.2.7. Khảo sát cấu trúc bề mặt phá hủy của vật liệu ........................................80
5.3. Tổng hợp kết quả nghiên cứu ..........................................................................81
5.4. Đề xuất bước công nghệ sản xuất hạt composite gỗ-nhựa từ nhựa PP tái chế
và phế liê ̣u gỗ (mùn cưa) sử du ̣ng chất trợ tương hợp MAPP ................................82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ BIỂU
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
WPC
Ý nghĩa
Đơn vị
Composite gỗ - nhựa
b
Chiều rộng mẫu
mm
h
Chiều dày mẫu
mm
Số dây kim loại đan lưới trên 1inch
inch
σut
Độ bền uốn tĩnh
MPa
σk
Độ bền kéo vng góc
MPa
Avd
Độ bền và đập charpy
KJ/m2
W
Độ hấp thụ nước
Sk
Độ lệch của phân bố
ĐC
Đối chứng
Mesh
ĐTTK
%
Đặc trưng thống kê
Ku
Độ nhọn của phân bố
P%
Hệ số chính xác
S%
Hệ số biến động
F
Lực tác dụng lên mẫu thử
MAPP
Maleated Polypropylene
S
Sai tiêu chuẩn mẫu
S*
Sai số của số trung bình mẫu
SV
Sai dị
C(95%)
Sai số cực hạn của ước lượng với độ tin cậy 95%
Mesh
Số dây kim loại đan lưới trên 1inch
TL
Phần trọng lượng
PC
Polyme composite
PP
Polypropylene
PE
Polyetylen
PVC
Polyvinyclorua
Max
Trị số cực đại
Min
Trị số cực tiểu
MPa
inch
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng
TT
Trang
2.1
Các mức thực nghiệm theo quy hoạch
19
3.1
Một số đặc trưng của nhựa PP [52]
27
3.2
Mô ̣t số chấ t trơ ̣ tương hơ ̣p ứng du ̣ng trong sản xuấ t WPC [40]
38
4.1
Tỷ lê ̣ trọng lượng các thành phầ n nguyên liê ̣u
59
4.2
Kích thước và tiêu chuẩn mẫu xác định các tính chất
60
5.1
Kế t quả kiể m tra vâ ̣t liê ̣u ta ̣o ra từ các phương án trộn hơ ̣p khác nhau
65
5.2
Đặc trưng thống kê của các kết quả kiể m tra nhiệt độ nóng chảy và chỉ 67
sớ chảy của ha ̣t gỡ – nhựa PP
5.3
Kết quả tính tốn tỷ trọng composite gỗ-nhựa với hàm lượng của
69
MAPP
5.4
Kết quả tính tốn độ bền kéo với các hàm lượng MAPP
71
5.5
Kết quả tính tốn độ bền uốn tĩnh đối với các hàm lượng MAPP
73
5.6
Kết quả tính toán độ bền va đập charpy đối với các hàm lượng MAPP
74
5.7a Kết quả tính tốn độ hấp thụ nước đối với 1% TL MAPP
77
5.7b Kết quả tính tốn độ hấp thụ nước đối với 3% TL MAPP
77
5.7c Kết quả tính tốn độ hấp thụ nước đối với 5% TL MAPP
77
5.7d Kết quả tính tốn độ hấp thụ nước đối với 7% TL MAPP
77
5.8
Tổng hợp kết quả nghiên cứu tính chất cơ lý của vật liệu compostie gỗ- 80
nhựa với 4 cấp hàm lượng MAPP
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
Tên bảng
TT
Trang
1.1
Cấ u ta ̣o vật liê ̣u PC cố t sơ ̣i [4]
2
1.2
Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngoài trời
5
1.3
Sử dụng vật liệu WPC trong xây dựng nhà dân dụng
5
2.1
Sơ đồ các bước tiến hành nghiên cứu
16
3.1
Sơ đồ tổ ng quát vùng phân chia pha [4]
21
3.2
Góc liên kết và năng lượng bề mặt của chất lỏng và chất rắn
23
3.4
Công thức cấu tạo xenlulo (Beladzki and Gassan,1999)
28
3.5
Liên kết hyro trong xenlulo
29
3.6
Cấu trúc tinh thể của cellulose (Beladzki and Gassan,1999)
29
3.7
Cấu trúc hóa học của hemicelluloses
30
3.8
Công thức cấu tạo của Lignin (Bledzki,1999)
31
3.9
Sơ đồ công nghê ̣ sản xuất vật liê ̣u Composite gỗ – nhựa PP
32
3.10 Cơ chế phản ứng ghép MA lên PP
41
3.11 Sơ đồ phản ứng của MAPP với bề mặt sợi thực vật tạo thành liên
kết đồng hóa trị và liên kết Hydro[4]
43
3.12 Các loại tương tác khác nhau của MAPP- sợi thực vật
43
3.13 Sơ đồ thể hiện khả năng các phân tử PP cuộn với mạch dài hơn của
MAPP, còn mạch ngắn của MAPP có ít cơ hội để cuộn với phân tử
PP [53]
44
4.1
Hạt nhựa PP tái chế
45
4.2
Bột gỗ
45
4.3
Sơ đồ quy trình xử lý tạo hạt nhựa PP tái chế
46
4.4
Phân loại nhựa theo mầu sắc
47
4.5
Máy băm nhựa và mảnh nhựa PP
47
4.6
Hong phơi nhựa dưới điều kiện tự nhiên
48
4.7
Nhựa khô lẫn tạp chất (a) và sau khi làm sạch (b)
49
4.8
Hệ thống máy đùn và tạo hạt nhựa tái chế
50
4.9
Sơ đồ công nghệ tạo bột gỗ từ mùn cưa
51
4.10 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite với phương án trộn hợp MAPP
với PP
53
4.11 Cơng đoạn trộn trên máy trộn hai trục vít brabender (Đức)
54
viii
4.12
Thiế t bi ̣ép đùn tạo hạt gỗ- nhựa
54
4.13 Nguyên lý hoạt động của máy ép khn nóng
55
4.14 Biểu đồ ép tạo mẫu sản phẩ m composite gỗ - nhựa PP
56
4.15 Khuôn, máy và sản phẩm ép phẳng
56
4.16 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite với phương án trộn hợp MAPP
với bô ̣t gỗ
57
4.17 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite với phương án trộn hợp cả 3 thành
phầ n cùng nhau
58
4.18 Biể u đồ chế đô ̣ áp suấ t và nhiê ̣t đô ̣ ép theo thời gian
4.19 Thiết bị tính tỷ trọng của vật liệu
59
4.20 Máy xác định nhiê ̣t độ chảy mềm
4.21 Máy xác định chỉ số chảy
61
4.22 Máy đo độ bền va đập
62
4.23 Máy đo độ bền kéo và uốn INSTRON 5582
63
4.24 Kính hiển vi điện tử (SEM) JEOL JMS 6360LV
64
5.1
Ảnh hưởng của phương pháp biến tính bột gỗ và nhựa PP đến độ
61
62
65
bền kéo, uốn và va đập của vật liệu PC
5.2
Biểu đồ thể hiện nhiệt độ chảy mềm với các hàm lượng MAPP
68
5.3
Biểu đồ thể hiện chỉ số chảy với các hàm lượng MAPP
68
5.4
Biểu đồ thể hiện tỷ trọng của vật liệu theo các Hàm lượng MAPP
70
5.5
Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến độ
71
5.6
Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến độ bền
Kéo
73
5.7
Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP lên độ bền va
75
đập
5.8
Biểu đồ thể hiện độ hấp thụ nước của các hàm lượng MAPP
78
5.9
Ảnh SEM của vật liệu composite gỗ -Nhựa PP với hàm lượng 0%
và 5% chất trợ tương hợp MAPP
79
5.10 Sơ đồ đề xuất bước tạo hạt composite gô-nhựa chứa chất MAPP
82
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Vật liệu composite là loại vật liệu được kết hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu
khác nhau. Gần đây trên thế giới xuất hiện một loại vật liệu được sản xuất từ gỗ và
nhựa, tiếng anh gọi là Wood Plastic Composites (WPC), tiếng trung gọi là vật liệu
phức hợp gỗ nhựa…Vật liệu WPC là vật liệu được sản xuất chủ yếu từ bột gỗ và một
số loại nhựa nhiệt dẻo như PE, PP, PVC.. Trong công nghệ sản xuất, người ta thường
thêm vào một số phụ gia nhằm thay đổi tính gia cơng, làm thay đổi một số tính chất
của vật liệu. Nhờ đó các sản phẩm từ vật liệu gỗ nhựa có những phẩm chất vượt trội
như thân thiện với môi trường, chống mối mọt rất tốt, độ bền mầu và tính ổn định
kích thước cao, dễ dàng gia cơng… Do đó chúng được ứng dụng rộng rãi trong rất
nhiều lĩnh vực như: Xây dựng, giao thông vận tải, nội ngoại thất, đồ gia dụng, đồ
chơi trẻ em….
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm như vậy thì vật liệu WPC tồn tại một số
nhược điểm như độ bền cơ học còn thấp, độ hấp thụ ẩm vẫn cịn cao... vì khả năng
liên kết giữa bột gỗ với nhựa nền hạn chế bởi tính chất của gỗ và nhựa có sự khác
biệt, gỗ là loại vật liệu ưa nước, nhựa là loại vật liệu không ưa nước. Hiện nay trên
thế giới, các nghiên cứu về vật liệu WPC chủ yếu tập trung làm tăng tính tương hợp
giữa bột gỗ và nhựa nền bằng sử dụng một số chất trợ tương hợp như MAPP,
MAPE…
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về vật liệu composite gỗ nhựa mới chỉ xuất
hiện cách đây một vài năm, các nghiên cứu này chủ yếu nghiên cứu về ảnh hưởng
của tỷ lệ bột gỗ, kích thước bột gỗ, phương pháp gia cơng .. đến tính chất vật liệu.
Việc nghiên cứu sử dụng chất trợ tương hợp để nâng cao tính chất của vật liệu vẫn
cịn hạn chế
Trước thực trạng đó, để bổ sung, hồn thiện cơ sở khoa học cho các nghiên
cứu nhằm nâng cao chất lượng vật liệu composite gỗ nhựa, tôi tiến hành thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ tương hợp MAPP đến tính chất cơ lý
composite gỗ - nhựa polypropylene”
2
Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát về vật liệu Polyme Composite và Composite gỗ - nhựa
1.1.1. Khái niệm về vật liệu Polyme Composite
Thuâ ̣t ngữ “Compozit” (Tiế ng Anh: Composite) là tên gọi của loại vật liệu
được kết hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau tạo ra loại vật liệu mới có tính
năng khác với các vật liệu ban đầu khi ở riêng rẽ. Các tin
́ h năng này thường là tố t
hơn hay phù hơ ̣p hơn với mục đích và điề u kiê ̣n sử du ̣ng cu ̣ thể . Đă ̣c trưng của vâ ̣t
liê ̣u Composite là được cấ u thành từ nhiề u thành phầ n vâ ̣t liê ̣u nên chúng còn đươ ̣c
go ̣i là vâ ̣t liê ̣u đa thành phần.
Vâ ̣t liê ̣u Polyme compozit (Tiếng Anh: Polymer Composites; viết tắt: PC) là
mô ̣t loa ̣i vâ ̣t liê ̣u Composite được cấu tạo bởi 2 hay nhiều cấu tử (thành phần). Trong
đó, loại cấu tử thứ nhất là 1 hay nhiều polyme nền. Loại cấu tử thứ hai là các chất
phụ gia (hay còn go ̣i là chất độn, chấ t gia cường, cố t) như: vật liệu sợi, bột của các
chất vơ cơ... Cịn có thể có thêm 1 thành phần thứ ba là chất trơ ̣ liên kế t (hay trơ ̣
tương hơ ̣p), có tác dụng làm tăng tính năng kết hợp giữa chất độn và nhựa nền.
Polyme composite có các tính chất hoá, lý khác nhiều so với từng vật liệu thành phần
riêng rẽ.
Vật liệu composite bao gồm hai hay nhiều pha thường khác nhau về bản chất
và khơng hịa tan lẫn nhau [4]. (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu
trúc của vật liệu composite) Trong đó, một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố
trong một pha liên tục duy nhất. Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm
nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt, còn gọi là vật
liệu gia cường hay vật liệu tăng cường (reinforcement), được trộn vào pha nền làm
tăng cơ tính, tính kết dính, chống mài mịn, chống xước...
Vùng trung gian
(tác nhân dính kết)
Nền
Sợi
Bề mặt tiếp xúc
Hình 1.1. Cấ u tạo vật liê ̣u PC cố t sợi [4]
3
Vật liệu PC được phân loại theo 2 cách dựa trên đặc điểm của 2 pha [4].
+ Theo pha nền polyme:
-
Vật liệu PC nền nhựa nhiệt rắn
-
Vật liệu PC nền nhựa nhiệt dẻo
+ Theo pha gia cường:
-
Chất gia cường dạng phân tán (bột).
-
Chất gia cường dạng sợi ngắn hay vẩy.
-
Chất gia cường dạng sợi liên tục (sợi cacbon, sợi thủy tinh…).
-
Độn khơng khí hay xốp.
-
Hỗn hợp polyme – polyme hay cịn gọi là blend polime.
1.1.2. Vật liê ̣u Composite gỡ – nhựa (WPC)
Vật liệu Composite gỗ-nhựa (Wood Plastic Composites – WPC) là loại vật
liệu composite được tổ hợp chủ yế u từ nhựa nề n là các loa ̣i nhựa nhiệt dẻo (PE, PP,
PVC...), có thể từ nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh cùng với cốt (vật liê ̣u gia cường)
là các loa ̣i bột gỗ, sơ ̣i gỗ hay các loại vật liệu có cấ u ta ̣o sơ ̣i xenlulo khác. Ngoài ra,
có thể có thêm một số chất phụ gia trơ ̣ liên kế t khác. Sản phẩm WPC 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 [22], [6], [4]
Sản phẩm WPC có thể sử dụng cơng nghệ ép đùn, ép phun hay ép khn để
tạo ra sản phẩm. Gỗ có thể được sử du ̣ng ở dạng bô ̣t gỗ, dăm gỗ hay các phế liê ̣u
trong chế biế n gỡ như mùn cưa, vỏ bào… Nhựa nhiệt dẻo có thể sử dụng nhựa tái
sinh hoặc nguyên sinh tuỳ vào lĩnh vực và yêu cầ u sử dụng của vật liệu.
1.1.3. Lịch sử phát triển và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa
Vật liệu WPC là loại vật liệu mới được phát triển trong vài thập kỷ gần đây và
bắt nguồn từ Mỹ. Vào năm 1983, công ty American Woodstock ở Sheboygan,
Wisconsin bắt đầu sản xuất WPC panel cho nội thất ôtô, sử dụng công nghệ ép đùn
của Italia. Polypropylen với hàm lượng xấp xỉ 50% bột gỗ đã được ép đùn tạo thành
tấm phẳng và sau đó được gia cơng tạo các hình dạng khác nhau dùng làm panel cho
ôtô. Đây cũng là lĩnh vực ứng dụng đầu tiên của công nghệ WPC ở Mỹ.
4
Vào đầu những năm 1990, Advanced Enviromental Recycling Technologies
(AERT, Junction, TX) và công ty Mobil Chemical bắt đầu sản xuất vật liệu WPC từ
nhựa PE và bột gỗ với hàm lượng 50%. Loại vật liệu này được bán ở dạng tấm sàn,
gỗ thẩm mỹ, bàn picnic và sàn nhà công nghiệp. Vật liệu này sau đó được gia cơng
tạo cửa sổ hay các chi tiết khác. Cũng vào đầu những năm 1990, tập đồn Strandex
đã sáng chế ra cơng nghệ ép đùn các loại vật liệu compozit có hàm lượng sợi gỗ
cao, trực tiếp tạo ra sản phẩm cuối cùng mà khơng cần q trình cắt gọt hoặc tạo
hình tiếp theo. Công nghệ này vẫn đang được nghiên cứu để phát triển thêm.
Tập đoàn Andersen bắt đầu sản xuất vật liệu compozit sợi gỗ gia cường cho
PVC sử dụng trong sản xuất cửa ở Pháp vào năm 1993. Đến năm 1990 Vật liệu
compozit gỗ- PVC đã được sử dụng làm khung của sổ. Sản phẩm này có thể sản
xuất từ phế liệu trong công nghiệp gia công gỗ và sử dụng các loại chất dẻo tái sinh.
Vào năm 1996, một vài công ty ở Mỹ đã bắt đầu sản xuất các nguyên liệu sợi
gỗ, sợi tự nhiên và chất dẻo ở dạng hạt. Vào khoảng thời gian này thì cơng nghiệp
sản xuất WPC đã bắt đầu phát triển rất nhanh. Theo nghiên cứu thị trường tại Mỹ,
vào năm 2001 thị trường WPC tiêu thụ khoảng 32000 m3 và sản lượng tăng gấp đôi
vào năm 2005. Xu hướng phát triển dự báo tăng mạnh trong những năm tiếp theo.
Hiện nay ở Việt Nam, khi mà nguồn nguyên liệu cung cấp cho sản xuất vật
liệu WPC từ phế thải công nghiệp gỗ rất dồi dào mà nguồn gỗ tự nhiên ngày càng
khan hiếm. Các sản phẩm từ gỗ rừng trồng không đáp ứng kịp nhu cầp của xã hội
nên việc phát triển vật liệu này là rất cần thiết.
Sử dụng vật liệu WPC sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng các nguồn tài ngun.
Sản phẩm của WPC khơng cần các q trình gia công tiếp theo với những ưu điểm
vượt trội như sản phẩm WPC chịu thời tiết và chịu nước tốt, WPC cho các ứng dụng
ngồi trời.Vì khả năng chịu mơi trường tốt và có các tính năng cơ lý cao, vật liệu
WPC có thể thay thế cho gỗ tự nhiên trong nhiều lĩnh vực, từ lĩnh vực công nghiệp
đến lĩnh vực dân dụng. Một số ứng dụng cụ thể của vật liệu composite như: Làm ván
sàn ngồi trời (hình 1.2), sử dụng làm vật liệu cho nhà dân dụng (hình 1.3)…
5
Hình 1.2. Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngồi trời
Hình 1.3. Sử dụng vật liệu WPC trong xây dựng nhà dân dụng
1.2 Tình hình nghiên cứu
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trong những năm gần đây, trên thế giới, vật liệu composite nhân tạo rất được
quan tâm nghiên cứu và sử dụng, đặc biệt là những vật liệu được gia cường bằng sợi
tự nhiên có chứa thành phần xenlulo như sợi lanh, đay, gai, tre, dứa, gỗ… Các loại
sợi này được sử dụng như một giải pháp để thay thế cho các chất vơ cơ khó phân hủy
khác và chúng giúp nâng cao được một số tính chất của vật liệu composite [6],[4].
Với những ưu điểm như khối lượng riêng thấp, tính năng cơ lý cao, ít gây tác dụng
mài mịn thiết bị gia cơng, giá thành rẻ, thân thiện với mơi trường và nguồn ngun
liệu sẵn có, các sản phẩm composite sợi tự nhiên đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực khác nhau.
6
Vật liệu WPC là loại vật liệu vật liệu được tạo ra bằng cách trộn bột gỗ với
các loại nhựa, hay đưa bột gỗ vào gia cường cho nhựa nền, qua ép đùn hoặc đúc ở
nhiệt độ cao [9],[2]. Vật liệu Polypropylene (PP) gia cường bằng các loại sợi tự
nhiên hay bột gỗ 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
(Klason et al. 1984).
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 ghép nối) các nhà nghiên cứu đã tiến hành xử lý hóa học để nâng cao
tính tương hợp của hai loại vật liệu này [22],[42],[58]. Các nghiên cứu cho thấy
phần lớn các chất trợ tương hợp như silans, maleic anhydride ghép polyolefin đều
làm tăng khả năng bám dính giữa hai loại vật liệu (Bledzki and Gassan,1999, ; Kishi
1988; Gatenholm and Felix 1993. Kishi và các đồng nghiệp (1988) đã tạo ra q
trình este hóa bằng cách xử lý sợi gỗ với dung dịch MAPP. Qua phân tích quang
phổ cho thấy liên kết MA với gỗ và PP đã xuất hiện.
Năm 1988, một số nhà khoa học đã nghiên cứu phương pháp biến tính nhựa
nền PP bằng MA nhằm tạo ra một chất có các gốc tự do, các gốc này được ghép nối
với sợi gỗ bởi những liên kết đồng hóa trị và Hydro, như vậy MAPP đã làm tăng
đáng kể hiệu quả sử dụng của sợi gỗ và nhựa [33]. Không chỉ dừng lại ở đây, trên
thế giới đã có nhiều nghiên cứu về chất trợ tương hợp MAPP với các tỷ lệ và các
phương pháp khác nhau trên cơ sở nền nhựa PP gia cường bằng sợi tự nhiên đã
được nghiên cứu như:
Jochen Gassan và Andrzej K.Bledzki (1999) đã tiến hành nghiên cứu ảnh
hưởng của quá trình xử lý bề mặt sợi đến tính chất cơ học của compozit PP- sợi day
[21]. Tác giả đã tiến hành xử lý sợi bằng dung dịch MAPP trong toluen với các hàm
lượng MAPP khác nhau trong 5phút và 10 phút, đem sấy chân không trong 2 giờ ở
750c. Kết quá cho thấy, Hiệu quả của chất trợ tương hợp phụ thuộc vào nồng độ và
7
thời gian xử lý, Môđun uốn tăng 90% qua xử lý bằng MAPP trong 5 phút bằng dung
dịch toluen . Xử lý lâu hơn và nồng độ MAPP cao hơn sẽ làm modun uốn giám
xuống. Độ bền uốn tăng 40% khi xử lý bằng dung dịch MAPP 0,1% TL trong toluen
với thời gian xử lý 15 phút. Khi tăng nồng độ MAPP lên 0,6% thi kết quả nhận được
với 5 và phút 10 là như nhau.
Fauzi Febrianto, Dina Styawatti (2006) đã tiến hành nghiên cứu về Ảnh
hưởng của bột gỗ và hàm lượng chất biến tính MA đến tính chất vật lý và đặc tính cơ
học của vật liệu composit Bột gỗ và PP tái sinh [34]. Nghiên cứu chỉ ra rằng tính
chất vật lý và đặc tính cơ học của vật liệu composite phụ thuộc vào hàm lượng và
kích thước của bột gỗ-PP. Khi càng tăng tỷ lệ gỗ-nhựa thì độ bền kéo càng giảm,
modun đàn hồi tăng. Tính chất vật lý và đặc tính cơ học của vật liệu được và bị ảnh
hưởng bởi hàm lượng chất MA, khi cho 2,5%TL MA tất cả các chi số về độ bề kéo,
độ bền kéo đứt và modun đàn hồi đều tăng gấp 2.15, 2.27 and 1.18 lần so với
composite khơng có MA.
F. Febrianto và các đồng nghiệp [34] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của MA và
DCP đến cường độ của vật liệu composite trên nền nhựa PP tái sinh gia cường bằng
bột gỗ, và kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tăng hàm lượng MA, tính chất vật liệu
cũng tăng lên đáng kể.
Flex and gatenholm (1991) đã sử dụng MAPP để xử lý xenlulo trong sợi gỗ
[33]. 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 1300-1400, khả năng kết dính tăng lên rõ
rệt. Cùng với nghiên cứu đó, một số nghiên cứu khác đã đánh giá được sự ảnh hưởng
của chất trợ tương hợp đến khả năng thấm ướt của gỗ và liên kết giữa góc tiếp xúc và
tỷ lệ chất trợ tương hợp.
Tất cả những nghiên cứu đều cho thấy liên kết giữa nhựa và gỗ chịu ảnh
hưởng nhiều bởi phương pháp xử lý bề mặt gỗ nhựa, tỷ lệ chất trợ tương hợp và
phương pháp gia cơng.
Q trình trộn bột gỗ và nhựa nền (nhiệt dẻo) là chìa khóa để tạo nên sản
phẩm composite gỗ nhựa có chất lượng cao vì quá trình này giúp làm đều sợi gỗ và
chất trợ tương hợp phân tán đều trong nền nhựa dẻo, làm tăng tổng diện tích tiếp xúc
8
giữa các vật liệu, đồng thời làm giảm độ rỗng của vật liệu. Để tạo ra vật liệu
composite gỗ nhựa có nhiều phương pháp gia cơng khác nhau, mỗi phương pháp đều
có quy trình và bước thực hiện riêng như phương pháp ép đùn, phương pháp ép nóng
trong khn, ép phun [15],[5]. Các phương pháp này đều ảnh hưởng đến chất lượng
của vật liệu composite. Từ năm 1983, Xanthos đã chỉ ra được ảnh hưởng của
phương pháp gia công khả năng của việc kết hợp gỗ nhựa và các chất trợ tương
hợp[58]. Năm 1997, Continho và các đồng nghiệp đã tiến hành nghiên cứu về hiệu
quả của việc xử lý và ảnh hưởng của điều kiện trộn đến nên đặc tính của composite
gỗ nhựa khi xử lý bằng MAPP và silan. Họ đã chỉ ra rằng, điều kiện tốt nhất để trộn
hợp sợi gỗ và nhựa là ở 1800C, trong thời gian 10 phút với tơc độ quay 60
vịng/phút.Trước khi trộn hợp, sợi gỗ được sử lý với silan [32]. Mặc dù đã có nhiều
nghiên cứu về ảnh hưởng của phương pháp gia cơng nhưng vì q trình này phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố như các bước trộn, điều kiện máy móc thiết bị, độ ẩm của
sợi gỗ, loại nhựa nên việc xác định quy trình cho việc tạo vật liệu cần được thực hiện
với một điều kiện xác định cụ thể.
Qua các nghiên cứu trên cho ta thấy, sử dụng chất trợ tương hợp MAPP giúp
cho khả năng liên kết giữa bột gỗ và nhựa dẻo tăng lên, làm cho tính chất của vật
liệu Composite vì thế mà tăng lên đáng kể. Hiện nay trên thế giới, vẫn đang nghiên
cứu để làm rõ hơn cơ chế của MAPP với vật liệu composite sợi thực vật. Dưới đây
là một số cơng trình nghiên cứu về Chất trợ tương hợp Maleic Anhydride nhằm nâng
cao chất lượng của vật liệu composite gia cường bằng một số loại sợi tự nhiên hay
bột gỗ trên thế giới:
Karmarker và J.A.Youngquis (1996) Ép phun vật liệu compozit trên cơ sở PP
gia cường bằng sợi day đã được A.C [4] sợi đay nguyên sinh được rửa bằng nước để
loại bỏ tạp chất và sấy khô đến hàm ẩm 8% TL. Sợi ban đầu có chiều dài khoảng 33,5 m, sau đó được cắt ngắn để dễ trộn hợp trong máy trộn có cường độ động học
cao với tỷ lệ sợi đay và PP là 50:50 TL, cùng với 3% chất trợ tương hợp MAPP so
với sợi đay. Kết quả đã chỉ ra được ảnh hưởng của sợi day và MAPP lên độ bền kéo
và uốn của PP với 50% TL sợi đay, độ bền uốn của PP tăng được từ 31,33 Mpa lên
9
49,97 Mpa và tăng mạnh đến 87,66 Mpa khi bổ sung 3% TL MAPP. Khi có MAPP
độ bền kéo của compozit tăng lên khoảng gấp đôi (từ 29,82 đến 59,13 Mpa).
Cao jin-zhen, Wang Yi, Wang Lei (2010) nghiên cứu sơ bộ về đặc tính dẻo
của vật liệu composites MAPP ghép với bột gỗ bạch dương và PP [27] bằng phương
pháp đo độ mỏi và Phân tích cơ động lực học (DMA) của vật liệu. Trong nghiên cứu
đã sử dụng tỷ lệ gỗ : nhựa 40:60, 60:40 và 80:20 cùng với 5 cấp tỷ lệ MAPP (0,1,2,4
và 8%) để nghiên cứu về ảnh hưởng của MAPP đến đặc tính dẻo của MAPP-WPC.
Kết quả chỉ ra rằng: Tỷ lệ gỗ cao hơn sẽ cho kết quả độ bền mỏi cao hơn với vật liệu
khơng 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 MAPP-WPC 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 gỗ/PP là 60:40. Kết quả cũng cho thấy việc sử dụng MAPP với tỷ lệ phù
hợp sẽ ảnh hưởng tích cực đến đặc tính dẻo của WPC khi tỷ lệ gỗ cao hơn nhựa.
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 [24]. Mẫu sản phẩm được
chế tạo từ PP và bột gỗ mùn cưa với tỷ lệ 50% TL, chất trợ tương hợp (0,1 and 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 composite gỗ- nhựa cũng tăng lên.
K.Rauna et al, R.Rowell, A. Mandal đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ
tương hợp MAPP trong composite PP gia cường bằng sợi day ngắn [4] với hàm
lượng sợi được khảo sát ở 30, 40, 50 và 60% TL và hàm lượng chất trợ tương hợp
tương 0,1,2 và 4% TL, cho hai vật liệu sau khi trộn. Kết quả cho thấy, khi có chất
trợ tương hợp độ bền của vật liệu đều tăng. Với hàm lượng sợi 60 TL, tuy sử dụng
1% TL chất trợ tương hợp nhưng đã tăng được độ bền uốn lên 100%, độ bền kéo
tăng 120% và độ bền va đập tăng 175%.
M.Khalid, S.Ali, LC Abdullah đã nghiên cứu Ảnh hưởng của chất trợ tương
hợp MAPP lên đặc tính cơ học của vật liệu composite sinh học PP gia cường bằng
sợi cây cọ dầu và cellulos [48]. 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
10
PP với cellulose và PP với EFBF là 70:30 trên máy trộn brabender tại 1800c. MAPP
được cho vào với các tỷ lệ 2,3,5 và 7% TL 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 %TL (cellulose và Sợi ) vào 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 có chứa chất trợ tương hợp MAPP, nhưng lại khơng có sự thay đổi nhiều với
vật liệu PP-cellulose.
Trong luận văn thạc sỹ của Ulas Atikler tại viện nghiên cứu công nghệ của
Thổ Nhĩ Kỳ, có nghiên cứu về ba loại sợi tự nhiên là cellulose (CE), mùn cưa (SD),
and rơm cây lúa mỳ (WS) làm chất gia cường cho nhựa PP [57], với ba loại chất trợ
tương hợp 3- aminopropyl- triethoxysilane (AS), methacriloxy propyl trimethoxy
silen (MS) và maleic anhydride ghép với polypropylene (MAPP) để nâng cao hiệu
quả giữa các pha liên kết của hai vật liệu sợi và chất nền bằng hóa học và trộn vật lý .
Kết quả cho thấy: so sánh 3 loại chất trợ tương hợp thì xử lý bằng MAPP cho kết quả
tốt nhất về độ bền kéo và môđun uốn, đặc biệt là PP-mùn cưa. Hàm lượng các chất
trợ tương hợp AS, MS là 1%TL so với sợi, MAPP là 5% TL so với PP sẽ thu được
đặc tính cơ học của vật liệu là tốt nhất.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Năm 1970 cơng nghệ vật liệu composite mới phát triển, bắt đầu từ sự kiện
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã chế tạo thành công vật liệu composite để sửa
chữa các đường ống dẫn dầu. Năm 1986, viện vật liệu xây dựng thực hiện đề tài
“Nghiên cứu chế tạo vật liệu lợp xi măng cốt sợi thực vật (đay, dừa, bã mía)”.
Hiện nay, ở nước ta đã phát triển thực tiễn một số loại hình cơng nghệ tạo vật
liệu composite trên nền nhựa Epoxy, Polyester, Vinyleste, polypropylen…gia cường
bằng sợi vô cơ và sợi thực vật như composite gia cường sợi thủy tinh bao gồm sợi
dài, vải và mạt dùng để chế tạo các sản phẩm: ống dẫn có đường kính lớn, tấm lợp
lấy ánh sáng, bồn tắm, đá nhân tạo, bàn bếp, khung cửa, các loại cano, thuyền cứu
sinh, hộp công tơ điện, ghế ngồi sân vận động…vật liệu WPC gia cường bằng bột gỗ
được ứng dụng trong nội ngoại thất. Hiện nay trên thị trường, vật liệu polyme
composite chủ yếu là các loại có chứa các loại sợi gia cường như thủy tinh, cacbon
11
và aramit, các loại này chiếm đến 98%. Các loại vật liệu polymer composite gia
cường bằng sợi thực vật chưa được ứng dụng nhiều , thị trường tiêu thụ hạn chế, vì
chất lượng của chúng chưa được cao.
Hiện nay một số nghiên cứu về vật liệu composite gỗ nhựa đã được thực hiện
tại trung tâm polyme của trường Đại học Bách khoa, trong số đó đã có một số nghiên
cứu bước đầu chế tạo thành công vật liệu composite trên nền nhựa PP, PE gia cường
bằng bột gỗ [1],[7],[13]. Các nghiên cứu này đã cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ bột gỗ
và nhựa PP đến tính chất composite gỗ nhựa và khi hàm lượng bột gỗ thay đổi thì
tính chất của composite gỗ nhựa cũng thay đổi. Hàm lượng bột gỗ tăng thì tính chất
vật lý của WPC như tỷ trọng và độ hấp thụ nước tăng còn các tính chất cơ học như
độ bền uốn, độ bền va đập và độ bền kéo giảm đi. Nghiên cứu cũng đã đề xác định tỷ
lệ gỗ/nhựa là 50/50 là tỷ lệ tối ưu. Đây mới chỉ là nghiên cứu bước đầu nên nghiên
cứu mới chỉ dừng lại ở việc xác định tỷ lệ gỗ/ nhựa hợp lý mà chưa đề cập sâu đến
bản chất liên kết giữa bột gỗ và nhựa PP, để tử đó đưa ra giải pháp nâng cao tính chất
vật liệu khắc phục những nhược điểm của bột gỗ và nhựa PP.
Bên cạnh những nghiên cứu trên cũng có một số cơng trình nghiên cứu đánh
giá khả năng liên kết giữa một số loại sợi thực vật và nhựa khi sử dụng chất trợ
tương hợp MAPP (Maleic Anhydride ghép PP). Qua những nghiên cứu bằng những
hình ảnh quang phổ hay SEM cho thấy MA đã giúp tạo ra liên kết giữa sợi thực vật
và nhựa, nhờ đó, chất trợ tương hợp MAPP có khả năng nâng cao chất lượng vật liệu
composite . Dưới đây là một số cơng trình nghiên cứu về Vật liệu composite trên nền
nhựa PP gia cường bằng một số loại sợi tự nhiên tại Việt Nam.
Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái, Phan Thi Minh Ngọc, Đã nghiên
cứu chế tạo composite trên cơ sở PP gia cường bằng sợi đay [4].Vật liệu được chế
tạo bằng cách xếp các lớp màng PP-MAPP và vải đay theo thiết kế đảm bảo tỷ lệ
sợi- nhựa và cấu trúc dự kiến rồi ép trên máy ép thủy lực dưới áp suất 7 Mpa trong
50 phút, Kết quả cho thấy hàm lượng MAPP có ảnh hưởng đến tính chất cơ học của
composite, độ bền kéo và độ bền uốn cực đại 7% khi dùng TL MAPP, độ bền va đập
giảm khoảng 50%.
12
Năm 2005, Nghiên cứu chế tạo polyme composite trên cơ sở PP gia cường
bằng sợi tre ngắn và sản phẩm của chúng [10]. Nghiên cứu đã sử dụng chất trợ
tương hợp MAPP có hàm lượng MA 0,6% TL và sợi tre ngắn được xử lý bằng dung
dịch NaOH 0,1 N trong 72 giờ. Kết quả tạo ra composite được gia cường bằng sợi tre
ngắn với hàm lượng 50% TL có độ bền kéo tăng 24%, độ bền uốn tăng 23%, độ bền
va đập tăng 40%.
Năm 2006, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Phạm Duy Linh đã tiến hành khảo sát độ
bền va đập của composite PP- Bột trấu [4]. Độ bền va đập của composite 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, composite với hàm lượng bột trấu
55% có độ bền va đập đạt 2.5KJ/m2, cao gấp 4 lần so vớ PP nguyên sinh.
Năm 2007, Nguyễn Thúy Hằng, Trần Vĩnh Diệu, đã nghiên cứu ảnh hưởng
của chất trợ tương hợp MAPP lên tính chất cơ học của compozit trên nền PP gia
cường bằng matre [14]. Kết quả cho thấy khi xử lý sợi tre bằng dung dịch kiềm và
dung dịch 1% MAPP, độ bền kéo và uốn của vật liệu đều tăng lên đáng kể, xử lý
bằng MAPP cho chất lượng tốt hơn khi xử lý sợi tre bằng kiềm ,chỉ tăng 120 %,
trong khi xử lý bằng dung dịch MAPP vật liệu có độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền
va đập tăng tương ứng là 160, 155 và 132 %. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng
chất trợ tương hợp MAPP đến tính chất cơ học của vật liệu trên thì nhận thấy với
hàm lượng 6% MAPP so với PP sẽ tạo ra vật liệu PC có tính chất cơ học cao nhất.
Năm 2007, Phạm Ngọc Lân, Trần Vĩnh Diệu, Phan Thị Loan đã tiến hành
nghiên cứu quy trình cơng nghệ cho phán ứng ghép dị thể Maleic Anhydrit lên
Polyetylen [18] bằng phương pháp ép nóng chảy trên máy trộn brabender của Đức.
Phan ứng ghép dị thể MA lên PE thành công được chứng minh bàng phổ hồng ngoại,
số đo góc tiếp xúc, Ảnh SEM và tính chất cơ học, kết quả đã tạo ra được MAPE
điều chế có cấu trúc và khả năng tạo tương hợp tương tự MAPE nhập ngoại của hãng
ALDRICH.
Năm 2010, Nguyễn Văn Anh đã thực hiện đề tài nghiên cứa chế tạo vật liệu
composite bột gỗ cao su trên cơ sở nhựa PE tái sinh [1], kết quả cho thấy sử dụng
13
MAPE đã làm tăng độ bền uốn, kéo , va đập của vật liệu và giá trị tối ưa ở hàm
lượng MAPE 5%TL so với nhựa PE.
Năm 2010, Đoàn Thi Thu Loan đã nghiên cứu cải thiện tính năng của vật liệu
composite sợi đay / nhựa PP bằng phương pháp biến tính nhựa nền [11]. Nghiên cứu
đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các tác nhân tương hợp copolymer ghép của PP
với MA (MAHgPP) đến tính chất của composite 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 khơng ảnh hưởng đến mơdun kéo thì ảnh hưởng khơng nhiều.
Như vậy, Qua những nghiên cứu trong và ngồi nước chúng ta có thể thấy rằng
chất trợ tương hợp MAPP được sử dụng rất phổ biến trong gia công vật liệu
composite sinh học, các nghiên cứu về MAPP đã được thực hiện trước đây trên một
thập kỷ. Các nghiên cứu đã giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến ảnh hưởng của
MAPP đến tính chất của vật liệu composite sợi thực vật nói chung và composite từ
gỗ- nhựa nói riêng.
Các nghiên cứu trên thế giới, đã tìm hiểu được một số yếu tố ảnh hưởng đến
khả năng tương hợp của MAPP với thành phần có trong vật liệu composite được sản
xuất từ sợi thực vật như: ảnh hưởng của hàm lương chất MAPP, ảnh hưởng của điều
kiện và chế độ gia công, ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu...Dựa trên những kết
quả thu được, các nghiên cứu đã đi đến kết luận, chất trợ tương hợp MAPP làm tăng
khả năng tương hợp giữa sợi thực vật và các loại nhựa, giúp nâng cao tính chất cơ lý
của vật liệu composite. Đồng thời, MAPP cũng được ghi nhận là nguyên nhân làm
suy giảm tính chất cơ học của vật liệu compostie khi hàm lượng của MAPP vượt quá
mức cần thiết. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ chủ yếu tập trung nghiên cứu với
thành phần nguyên liệu là loại nhựa nguyên sinh và rất ít nghiên cứu sử dụng nguyên
liệu từ phế liệu.
Đối với các nghiên cứu tại Việt Nam, hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc nghiên
cứu hiệu quả của chất trợ tương hợp MAPP mà chưa nghiên cứu đến sự ảnh hưởng
của chủng loại nguyên liệu, phương pháp đưa chất trợ tương hợp MAPP vào hỗn hợp
14
đến hiệu của tương hợp của MAPP. Đặc biệt chưa có nhiều nghiên cứu, đánh giá về
những thơng số cơng nghệ, hàm lượng chất MAPP.. ảnh hưởng đến hiệu quả tương
hợp của MAPP với những loại nguyên liệu là phế liệu từ gỗ và nhựa.
Từ những vấn đề trên có thể thấy rằng việc nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ
tương hợp MAPP đến tính chất vật liệu composite từ phế liệu gỗ và nhựa tái sinh là
rất cần thiết tại Việt Nam.
15
Chương 2
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định được giải pháp phù hợp đưa chất trợ tương hợp MAPP vào hỗn
hợp bột gỗ và nhựa PP;
- Đánh giá được ảnh hưởng của chất trợ tương hợp MAPP (Maleic Andydrit
Poly Propylene) đến tính chất cơ lý composite gỗ - nhựa PP;
- Bước đầu đề xuất được công nghệ cho sản xuất hạt composite gỗ - nhựa PP
sử dụng chất trợ tương hợp MAPP.
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu lý thuyết về vai trò và cơ chế tương hợp của chất trợ tương hợp
MAPP với composite gỗ- nhựa;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp đưa chất trợ tương hợp MAPP vào
hỗn hợp đến tính chất uốn, kéo và va đập của vật liệu composite gỗ- nhựa PP;
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến tính
chất cơ lý composite gỗ - nhựa PP;
- Nghiên cứu các bước công nghệ cho sản xuất hạt composite gỗ - nhựa PP sử
dụng chất trợ tương hợp MAPP.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Tiếp cận vấn đề nghiên cứu
Để thực hiện được các nội dung nghiên cứu như đã nêu, đề tài tiến hành
nghiên cứu theo sơ đồ ở hình 2.1.
Đầu tiên, nghiên cứu tiến hành tìm hiểu về cơ sở lý thuyết và thực tiễn để hiểu
rõ về nguyên lý hình thành vật liệu composite gỡ nhựa và cơ chế tác động của chất
trợ tương hợp trong vật liệu, từ đó xác định các bước công nghệ chủ yếu trong quá
trình tạo vật liệu WPC. Ở giai đoạn nghiên cứu này, phương pháp nghiên cứu chủ
yếu sử dụng là khảo sát thực tiễn và kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài
nước.
