Tải bản đầy đủ

Luận văn nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng của công nghệ tạo vật liệu compozit từ vỏ cây và polyethylene

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRIỆU VĂN HẢI

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CỦA
CÔNG NGHỆ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
TỪ VỎ CÂY VÀ POLYETHYLENE

HÀ NỘI, 2016


TRIỆU VĂN HẢI

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CỦA
CÔNG NGHỆ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
TỪ VỎ CÂY VÀ POLYETHYLENE


Chuyên ngành:

Kỹ thuật chế biến lâm sản

Mã số:

62 54 03 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SẢN XUẤT, CHẾ BIẾN KHÁC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Cao Quốc An
2. GS. TS. Trần Văn Chứ

HÀ NỘI, 2016


3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ mang tên “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng của công nghệ tạo vật liệu
compozit từ vỏ cây và polyethylene”
là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được người khác công bố
trong bất kỳ công trình nào khác dưới mọi hình thức.
Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận án là có nguồn gốc và được trích dẫn rõ ràng. Tác giả hoàn toàn
chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án.
Hà Nội, tháng 06 năm 2016
Nghiên cứu sinh

Triệu Văn Hải
LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS. TS
Cao Quốc An, GS.TS Trần Văn Chứ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và
hoàn thiện luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo phòng đào tạo sau đại học, các
thầy cô giáo viện Kiến trúc cảnh quan và nội thất, viện Công nghiệp gỗ đã quan tâm và tận tình chỉ bảo cho tôi
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ủy ban nhân dân huyện Hoành Bồ đã tạo điều kiện cho tôi về vật
chất, tinh thần và thời gian trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn các cán bộ, công nhân viên thuộc Trung tâm thí nghiệm trọng điểm

trường Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh Trung Quốc đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành phần
thực nghiệm của luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ
và ủng hộ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu./


4

Hà Nội, tháng 06 năm 2016
Nghiên cứu sinh

Triệu Văn Hải
MỤC LỤC

Trang

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Ký hiệu
WPC
PE
HDPE
PP
PVC
MAPE
y
L*, a*, b*

Wood Plastic Composite - Vật liệu compozit gỗ nhựa
Polyethylene
High-density Polyethylene
Polyethylene
Polyvinyl chloride
Polyethylene Maleic Anhydride copolymer
Khối lượng riêng
Các chỉ số màu sắc theo không gian màu CIELab (1976)

AL

Chênh lệch độ sáng

AE

Độ lệch màu tổng

W

Độ hút nước

S

Độ bền kéo

MOR

Độ bền uốn tĩnh

MOE

Mô đun đàn hồi uốn tĩnh

AS

Ý nghĩa

Độ mài mòn


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT
1
2

Tên bảng

Bảng 3.1. Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án
Bảng 3.2. Miền thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ HDPE/MAPE/bột gỗ tới

Trang
39
41

tính chất WPC

3

Bảng 3.3. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ HDPE/MAPE/bột gỗ tới

41

tính chất WPC

4
5
6
7

Bảng 3.4. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng đơn yếu tố của tỉ lệ bột vỏ cây
Bảng 3.5. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng đơn yếu tố nhiệt độ đầu đùn
Bảng 3.6. Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng đơn yếu tố tốc độ quay trục vít

Bảng 3.7. Miền thực nghiệm ảnh hưởng của thông số công nghệ ép đùn tới

43
43
45
46

tính chất WPC

8

Bảng 3.8: Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của thông số công nghệ ép đùn

46

tới tính chất WPC

9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
19
1
6
1
7
20
1
8
21

Bảng 4.1. Chiều dày vỏ và tỉ lệ vỏ Keo tai tượng theo chiều cao thân cây

50

Bảng 4.2. Khối lượng riêng vỏ Keo tai tượng theo chiều cao thân cây

51

Bảng 4.3. Phân bố đường kính trung bình của sợi vỏ Keo tai tượng

51

Bảng 4.4. Phân bố chiều dài trung bình của sợi vỏ Keo tai tượng

52

Bảng 4.5. Hình thái của sợi vỏ Keo tai tượng

52

Bảng 4.6. Thành phần hoá học cơ bản của vỏ Keo tai tượng

53

Bảng 4.7. Khối lượng riêng của WPC với tỉ lệ thành phần khác nhau
Bảng 4.8.
ĐộMô
hútđun
nước
của
khi tỉWPC
lệ thành
phần
khác phần
nhau khác nhau
4.11a.
đàn
hồiWPC
uốn tĩnh
với tỉ
lệ thành

54
59
55

Bảng 4.9. Độ bền kéo của WPC với tỉ lệ thành phần khác nhau
Bảng 4.11b. Độ mài mòn của WPC với tỉ lệ thành phần khác nhau
Bảng 4.10. Độ bền uốn tĩnh của WPC khi tỉ lệ thành phần khác nhau
Bảng 4.12. Độ hút nước của WPC với chế độ ép khác nhau

57
61
57
83

22 Bảng 4.13. Độ bền kéo của WPC với chế độ ép khác nhau
23 Bảng 4.14. Độ bền uốn tĩnh của WPC với chế độ ép khác nhau

85

24 Bảng 4.15. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC với chế độ ép khác nhau

88
90

25 Bảng 4.16. Độ mài mòn của WPC với chế độ ép khác nhau

86


DANH MỤC CÁC HÌNH
T
Tên hình
T
1 Hình 1. Cấu tạo vật liệu PC cốt sợi
2

Hình 2.1. Cấu tạo hóa học của xenlulo và các sản phẩm thủy phân

Trang
4
23

xenlulo đã qua metyl hóa

thế tăng lên
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1
2
2
2
3
2
4
2
5
2
6
2
7
2
8
2
9
3
0
3
1
3
2
3
3
3
4

Hình 4.1. Sự thay đổi độ hút nước khi tỉ lệ dùng bột gỗ thay đổi
3
70
Hình 4.15. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh của WPC khi tỉ lệ bột vỏ cây
thay thế tăng lên Hình 4.2. Sự thay đổi độ hút nước khi tỉ lệ dùng MAPE thay đổi
4
70
Hình 4.16. Độ mài mòn của WPC khi tỉ lệ bột vỏ cây thay thế tăng
5 Hình 4.3. Sự thay đổi độ bền kéo khi tỉ lệ dùng bột gỗ thay đổi
lên
Hình WPC
4.4. Sựkhi
thay
đổi độ hút
lệ dùng MAPE thay
Hình 4.17. Độ hút
nhiệt
đầunước
đùn khi
thaytỉ đổi
73đổi
6 nước

56

56
58
58

HìnhWPC
4.5. Sự
đổiđộ
độđầu
bền đùn
uốn thay
tĩnh khi
thay đổi
7 kéo
Hình 4.18. Độ bền
khithay
nhiệt
đổitỉ lệ dùng bột gỗ74

60

Hình 4.6. Sự thay đổi độ bền uốn tĩnh khi tỉ lệ dùng MAPE75thay đổi
8 uốn
Hình 4.19. Độ bền
tĩnh WPC khi nhiệt độ đầu đùn thay đổi

60

Hình 4.7. Sự thay đổi mô đun đàn hồi uốn tĩnh khi tỉ lệ dùng bột gỗ
9
76
Hình 4.20. Mô đunthay
đànđổi
hồi uốn tĩnh WPC khi nhiệt độ đầu đùn

62

1 Hình 4.8. Sự thay đổi mô đun đàn hồi uốn tĩnh khi tỉ lệ dùng MAPE
0
77
thay của
đổi WPC khi nhiệt độ đầu đùn thay đổi
Hình 4.21. Độ mài mòn

62

thay đổi

Hình 4.33. Ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít đến mô đun đàn hồi uốn

1 Hình 4.9. Sự thay đổi độ mài mòn khi tỉ lệ dùng bột gỗ thay đổi
tĩnh WPC khi tốc độ quay trục vít thay đổi
1 nước
Hình 4.22. Độ hút
78
3
HìnhWPC
4.34. khi
Ảnhtốc
hưởng
của nhiệt
Hình 4.23. Độ bền
độ quay
trục độ
vít đầu
thayđùn
đổiđến mô đun đàn
80 hồi uốn tĩnh
6 kéo
1 Hình 4.10. Sự thay đổi độ mài mòn khi tỉ lệ dùng MAPE thay đổi
2
81
Hình 4.24. Độ bền
WPC
tốccủa
độ tốc
quay
thay
Hìnhtĩnh
4.35.
Ảnh khi
hưởng
độtrục
quayvít
trục
vít đổi
đến độ mài mòn
3 uốn
7
Hình 4.36.
4.11.Ảnh
Sự thay
đổi
khối
lượng
riêng
bộtmòn
vỏ cây thay đổi
hưởng
của
nhiệt
độ đầu
đùnkhi
đếntỉđộlệmài
31 Hình
3
81
8
Hình 4.25. Mô đun
hồi4.37.
uốn tĩnh
WPC
khimàu
tốc CIELab
độ quay(1976)
trục vít thay
Hình
Không
gian
3 đàn
9
đổi
41 Hình 4.12. Sự thay đổi độ hút nước khi tỉ lệ bột vỏ cây thay đổi
Hình
4.38.
màu sắc
tia UV của mẫu WPC
Hình 4.26. Độ mài
WPC
khiBiến
tốc đổi
độ quay
trụckhi
vít chiếu
thay đổi
82 không chứa
04 mòn
2 tốc độ quay trục vít đến độ hút nước
Hình 4.27. Ảnh hưởng
của
1 TiO
Hình
4.13. Sự thay đổi độ bền kéo khi tỉ lệ bột vỏ cây 84
thay đổi

45
đổi màuđến
sắcđộkhi
tia UV của mẫu WPC
0,5%
Hình 4.28. Ảnh hưởng
của 4.39.
nhiệt Biến
độ
hútchiếu
nước.....................
84 chứa
11 Hình
Hình
4.14.
Độđầu
bềnđùn
uốn tĩnh
của
WPC khi tỉ lệ bột vỏ cây
thay
6 TiO2
Hình 4.29. Ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít đến độ bền kéo
85
4
4.40. Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu WPC chứa 1,0%
2 Hình
Hình 4.30. Ảnh hưởng
của nhiệt độ đầu đùn đến độ bền kéo
86
TiO2
Hình 4.31. Ảnh hưởng
của tốc độ quay trục vít đến độ bền uốn tĩnh
87
4
Hình
4.41.
Biến
đổi
màu
sắc
khi
chiếu
tia
UV
của
mẫu
WPC
chứa 1,5%
3
Hình 4.32. Ảnh hưởng của nhiệt độ đầu đùn đến độ bền uốn tĩnh
87
TiO2

89
64
89
64
90
91
67
95
97
68
69
97
69
98
98


7

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, từ xưa gỗ luôn là loại vật liệu
thân thiện với môi trường và được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: nông
nghiệp, công nghiệp, xây dựng, kiến trúc, hóa chất...
Vật liệu gỗ có khả năng ứng dụng cao bởi hàng loạt các ưu điểm như có hệ số
phẩm chất cao, mềm, dễ gia công, có màu sắc, vân thớ đẹp, dễ trang sức, ... Tuy
nhiên bên cạnh đó, gỗ cũng tồn tại nhiều nhược điểm như dễ bị sâu, nấm phá hoại;
dễ cháy do gỗ được cấu tạo từ các nguyên tố có khả năng cháy như Cacbon, Hydro,
Oxy. Ngoài ra, gỗ còn có khả năng hút và nhả ẩm khi tiếp xúc với môi trường bên
ngoài gây ra co rút, dãn nở dẫn đến cong vênh nứt nẻ trong quá trình sử dụng.
Sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh là một trong những mục tiêu xây dựng một
thế giới xanh. Việt Nam là Quốc gia ít rừng, tài nguyên rừng tự nhiên ngày càng cạn
kiệt, trong nước đã bắt đầu thực thi công trình bảo hộ tài nguyên rừng tự nhiên, cùng
với trồng rừng công nghiệp và phát triển lợi dụng gỗ với hiệu quả cao, những việc
làm này đã mang lại cho nghiên cứu khoa học gỗ và công nghệ chế biến lâm sản
những cơ hội và những thách thức mới.
Hiện nay, tài nguyên rừng trồng của nước ta như: Keo lá tràm, Keo tai tượng,
Bạch đàn, . rất phong phú, và đã trở thành các loại gỗ công nghiệp chủ yếu của nước
ta.
Như chúng ta đã biết, một cây gỗ thường gồm 3 phần chính tổ thành đó là: tán
lá, thân cây và phần rễ. Trong các phần này, hầu hết các loại hình sản xuất chế biến
gỗ đều chỉ sử dụng phần gỗ trong phần thân cây (trung bình khoảng 90% thể tích
cây), các phần còn lại hầu như để lại dùng cho lĩnh vực khác hoặc thải ra môi
trường. Theo tìm hiểu cho thấy, hiện tại, trong nước hầu hết các phần ngoài gỗ của
một cây (vỏ cây, lá cây,...) chủ yếu đang chưa có hình thức sử dụng phù hợp.


8

Trong nghiên cứu công nghệ vật liệu gỗ hiện nay, vật liệu compozit từ nhựa
nhiệt dẻo có ưu điểm là lợi dụng được hầu hết các loại gỗ và phế liệu gỗ. Ngoài ra,
vật liệu này rất bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất
liệu gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không chứa formaldehyde,.... Có
nhiều tính chất tốt hơn so với gỗ như: kích thước ổn định hơn, không bị xuất hiện vết
rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho sản phẩm, quy cách hình dạng
có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt cao, khả năng
chống chịu các chất hóa học, có thể sử dụng nhiều lần hoặc thu hồi tái sử dụng.
Từ các thông tin trên có thể thấy, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất
vật liệu compozit gỗ nhựa nói chung và sản xuất vật liệu compozit từ phế
thải của công nghiệp gỗ nói riêng là công việc rất có ý nghĩa cả về khoa
học và thực tiễn. Luận án với tên “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng
của công nghệ tạo vật liệu compozit từ vỏ cây và polyethelene” sẽ là
một trong những bước đệm để phát triển công nghệ lợi dụng phế liệu gỗ
- vỏ cây gỗ rừng trồng để sản xuất vật liệu mới, đồng thời góp phẩn nâng
cao hiệu quả sử dụng tài nguyên gỗ rừng trồng cũng như giảm thiểu tác
nhân gây ô nhiễm môi trường.


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1.

Khái quát về vật liệu compozit gỗ nhựa

1.1.1.

Vật liệu compozit

Thuật ngữ “Compozit” (Tiếng 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 tính năng này thường là tốt hơn hay
phù hợp hơn với mục đích và điều kiện sử dụng cụ thể. Đặc trưng của vật liệu
Compozit là được cấu thành từ nhiều thành phần vật liệu nên chúng còn được gọi là
vật liệu đa thành phần.
Vật liệu Polyme compozit (Tiếng Anh: Polyme Composites; viết tắt: PC) là một
loại vật liệu Compozit 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 gọi là chất độn, chất gia cường, cốt) như: vật liệu sợi, bột của các chất

vô cơ... Còn có thể có thêm 1 thành phần thứ ba là chất trợ liên kết (hay trợ tương
hợp), có tác dụng làm tăng tính năng kết hợp giữa chất độn và nhựa nền. Polyme
compozit có các tính chất hoá, lý khác nhiều so với từng vật liệu thành phần riêng rẽ.
Vật liệu compozit bao gồm hai hay nhiều pha thường khác nhau về bản chất và
không hòa tan lẫn nhau [4]. (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của
vật liệu compozit) 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 mòn, chống xước...


Nền
Sợi

Bề mặt tiếp xúc

Hình 1.1. Cấu tạo vật liệu WPC cốt sợi [4]
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 không khí hay xốp.
- Hỗn hợp polyme - polyme hay còn gọi là blend polime.

1.1.2.

Vật liệu compozit gỗ nhựa

Vật liệu Compozit gỗ - nhựa (Wood Plastic Composites - WPC) là loại vật liệu
compozit được chế tạo từ sợi thực vật (như bột gỗ, bột tre trúc, bột đường, bột rơm rạ.)
kết hợp với nhựa (như PE, PP, PVC,...), đồng thời thêm vào lượng chất phụ gia thích
hợp, sử dụng phương pháp ép đùn hoặc các phương pháp định hình khác nhau để tạo
ra sản phẩm có đặc tính tương đồng với gỗ tự nhiên. Vật liệu WPC có nhiều ưu điểm,
như có thể, đóng đinh, cưa cắt, mà độ hút nước thấp, không mối mọt, không bị mục,
đồng thời lại có thể tái sử dụng giống như vật liệu nhựa. WPC là một loại vật liệu có
tính chất tốt,


ổn định và thân thiện với môi trường, và có thể chế tạo ra các loại sản phẩm có hình
dạng phức tạp [22], [6], [4].
1.1.3.

Quá trình phát triển và lĩnh vực sử dụng compozit gỗ nhựa

Những năm 70 của thế kỷ 20, công ty Bausano và ICMA San Giorgio của Ý đã
sử dụng máy ép đùn hai trục vít sản xuất WPC với 50% bột gỗ và 50% PP hỗ hợp, đây
là sản phẩm WPC được sản xuất sớm nhất trên thế giới. Năm 1983, công ty
Woodstock Mỹ đã sử dụng công nghệ của Ý sản xuất PP-WPC làm tấm lót trong xe
hơi, cuối cùng được dùng trong dòng xe ford, sản phẩm này hiện nay được sử dụng
rộng rãi trong công nghệ chế tạo ô tô [42].
Những năm 90 của thế kỷ 20, sản phẩm WPC bước vào thời kỳ công nghiệp
hóa nhanh chóng, nhưng sản phẩm của nó thông thường được sử dụng làm thùng
hàng bao bì, khay vv, giá trị gia tăng của sản phẩm tương đối thấp. Từ đầu thế kỷ 21
trở lại đây, sản phẩm WPC ngày càng tiến đến những sản phẩm sử dụng ngoài trời
có giá trị kinh tế cao, sự phát triển của công nghệ chế tạo WPC cũng nhờ đó mà có
một chỗ đứng cao hơn trong ngành công nghiệp sản xuất, trong đó một điển hình là
WPC của Nhật Bản được sử dụng làm vật liệu ván sàn trang trí dùng ngoài trời.
Hiện nay, các sản phẩm của vật liệu WPC thường được ứng dụng trong các lĩnh
vực dưới đây:
(1) Vật liệu trong khu vực lâm viên cảnh quan: Ván sàn ngoài trời, hàng rào, cầu
trang trí, giá đỡ rượu vang, sản phẩm bàn ghế ngoài trời, tay vịn đình trang
trí, ván trang sức, chậu bồn trồng hoa, thùng rác ...
(2) Vật liệu trang trí nội thất: Thanh nẹp trang trí nội thất, ván trang trí, nẹp
gương, ốp tường, ốp chân tường, ván ố vách, ván ốp trần, khuôn khung cửa,
thanh rèm, mành rèm ...
(3) Vật liệu trang trí nội thất ô tô: Ván ốp trong cửa ô tô, tựa ghế, mặt bẳng điều
khiển, tay nắm, miếng dưới gế ngồi, ván trần, ván sàn xe, hộp ốp bánh dự
phòng, hộp găng tay, khung sau, thanh đợt khoang hành lý. vv.


(4) Các ứng dụng khác: Ván trong kiến trúc xây dựng, cá loại kệ kê, đệm lót kho,
giá vận chuyển kính, ván vách cabin, thùng chứa, khung lưu động, ván cách âm
trên đường cao tốc ...
1.2.

Tình hình nghiên cứu về compozit gỗ nhựa

1.2.1.

Nghiên cứu ngoài nước

Những năm gần đây, trên thế giới, vật liệu compozit 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 vô cơ khó phân hủy khác và chúng giúp
nâng cao được một số tính chất của vật liệu compozit. Với ưu điểm như 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.
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. Vật liệu Polypropylene 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. 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 quá 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. 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 đay. 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 75 oC. Kết quá
cho thấy, Hiệu quả của chất trợ tương hợp phụ thuộc vào nồng độ và 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. Nghiên cứu chỉ ra rằng tính chất vật lý và đặc
tính cơ học của vật liệu compozit phụ thuộc vào hàm lượng và kích thước của bột gỗPP. 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 compozit không có MA.


Flex and gatenholm (1991)[33] đã sử dụng MAPP để xử lý xenlulo trong sợi gỗ.
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°-140°, 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 công.
Quá trình trộn bột gỗ và nhựa nền (nhiệt dẻo) là chìa khóa để tạo nên sản phẩm
compozit 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 giữa các
vật liệu, đồng thời làm giảm độ rỗng của vật liệu. Để tạo ra vật liệu compozit gỗ nhựa
có nhiều phương pháp gia công khác nhau, mỗi phương pháp đều có quy trình và bước
thực hiện riêng như phương pháp ép đùn, phương pháp ép nóng trong khuôn, ép phun.
Các phương pháp này đều ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu compozit. 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.
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 compozit 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 180oC, trong thời gian 10 phút với tôc độ quay 60 vòng/phút. Trước khi
trộn hợp, sợi gỗ được sử lý với silan. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng
của phương pháp gia công nhưng vì quá 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.


1.2.2.

Nghiên cứu trong nước

Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu và đồng nghiệp đã nghiên cứu chế tạo composite
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 composite, 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 polymecompozit 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 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 composite PP- Bột trấu [4]. Kết quả là 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 với PP nguyên sinh.
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 [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 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 ảnh hưởng đến môđun
kéo ảnh hưởng không nhiều.
Năm 2011, Hà Tiến Mạnh và đồng nghiệp Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bột
gỗ và nhựa polypropylene đến tính chất composite 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 175 oC tạo
thành hạt gỗ nhựa; sau đó ép sản phẩm trên máy ép phẳng ở nhiệt độ 170 oC 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 gỗ - nhựa đến một số tính chất của composite gỗ-nhựa PP. 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 composite 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
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
composite 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 composite trên cơ sở nhựa
polylefin (polyetylen, polypropylene) khâu mạch (XLPO) và bột gỗ biến tính ứng
dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội- ngoại thất [10]. Vật liệu được chế tạo từ bột


gỗ Giáng hương sau đó xử lý bột gỗ bằng kiềm nóng để loại bỏ tạp chất có trong bột
gỗ và rửa sạch bằng nước cất rồi sấy khô; sau đó biến tính bề mặt bột gỗ bằng
tetraethyl ortosilicat và 3- glyxidoxyl propyl trimetoxy silan. Dùng bột gỗ đã biến tính
chế tạo vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính và XLPP/bột gỗ biến tính với các yếu tố thay
đổi như tỷ lệ bột gỗ thay đổi từ 20-60%, nhiệt độ gia công từ 170-200 oC, 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 gỗ
Giáng hương và điều kiện gia công tối ưu cho hai loại vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính
và XLPP/bột gỗ biến tính.
Năm 2014, nghiên cứu sinh Quách Văn Thiêm [16] với Luận án “Nghiên cứu
một số yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene” đã nghiên cứu
tạo vật liệu compozit gỗ cao su và nhựa PP, luận án đã xây dựng được các mối quan hệ
giữa thông số công nghệ sản xuất và chất lượng WPC. Ngoài ra, luận án đã đề xuất
được thông số công nghệ tối ưu để sản xuất WPC từ gỗ cao su và nhựa PP với quy mô
phòng thí nghiệm.
1.3.
Một số nghiên cứu tạo compozit vỏ cây và nhựa
Bên cạnh các nghiên cứu sử dụng gỗ làm vật liệu gia cường để sản xuất
compozit gỗ nhựa, thế giới cũng đã có những nghiên cứu nhằm thay thế một phần vật
liệu gỗ bằng cách sử dụng vỏ cây làm chất gia cường để sản xuất compozit gỗ nhựa.
Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại các nghiên cứu sử dụng vỏ cây làm nguyên liệu sản
xuất compozit từ nhựa nhiệt dẻo chưa nhiều. Có nghiên cứu sử dụng vỏ cây cho thêm
vào nguyên liệu sản xuất ván dăm, cũng có nghiên cứu sử dụng vỏ cây để sản xuất
compozit gỗ nhựa. Một số công trình tiêu biểu như sau:
Năm 2008, Yemele, M. C. N. và các cộng sự [60] đã tiến hành nghiên cứu ảnh
hưởng của hàm lượng vỏ cây đến tính chất vật lý và cơ học của ván dăm từ vỏ cây
spruce.


Năm 2008, Kazemi Najafi, S. và cộng sự [61] đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ
bột vỏ cây đến tính hút ẩm của vật liệu compozit gỗ và nhựa PP.
Năm 2010, Yemele, M. C. N. và cộng sự [62] tiếp tục nghiên cứu sử dụng bột vỏ
cây với hàm lượng và kích thước khác nhau để sản xuất vật liệu compozit gỗ và nhựa
HDPE, đồng thời đánh giá ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu compozit.
Năm 2010, Harper, D. P. và Eberhardt, T. L. [63] tiến hành đánh giá ảnh hưởng
của kích thước và hàm lượng bột vỏ cây đến chất lượng vật liệu compozit từ bột vỏ
cây và nhựa nhiệt dẻo.
1.4.

Kết luận rút ra từ tổng quan

Từ nội dung trình bày ở trên có thể rút ra một số kết luận như sau:
-

Cho đến nay vẫn còn rất ít những công trình nghiên cứu sản xuất compozit gỗ
nhựa từ nguyên liệu vỏ cây.

-

Công nghệ sản xuất vật liệu WPC từ gỗ và nhựa nhiệt dẻo (PP, PE, PS, PVC,...)
đã có bước phát triển mạnh mẽ, đã trở thành sản phẩm thương mại ở các nước
phát triển.

-

Công nghệ sản xuất vật liệu WPC có thể nâng cao hiệu quả lợi dụng tài nguyên
gỗ rừng trồng cũng như phế liệu gỗ cho dù ở kích thước rất nhỏ.

-

Vật liệu WPC đã khắc phục được nhược điểm của gỗ và nhựa khi sử dụng trực
tiếp như: tính ổn định kích thước và độ bền tự nhiên kém đối với gỗ, khả năng
chịu uốn, chịu mài mòn của WPC cao hơn so với nhựa nguyên,.

-

Đã có nhiều nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng vật liệu WPC từ gỗ và nhựa
nguyên cũng như nhựa phế thải bằng phương pháp sử dụng các chất trợ tương
hợp, chất phụ gia trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, các nghiên cứu sử dụng
vật liệu cốt là nguyên liệu ngoài gỗ không nhiều. Đây sẽ là hướng nghiên cứu
tiềm năng đồng thời có thể đạt được mục đích nâng cao hiệu quả lợi dụng tài
nguyên vật liệu nguồn gốc sinh học.
Từ các kết luận này có thể thấy, với vật liệu WPC có thể có một số hướng nghiên


cứu cần thực hiện sau:
-

Nghiên cứu sử dụng vật liệu ngoài gỗ để làm vật liệu cốt (vật liệu gia cường)
như vỏ cây, thân cây nông nghiệp, vỏ trấu, ... để sản xuất WPC.

-

Nghiên cứu làm rõ nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng WPC khi sử dụng vật liệu
ngoài gỗ làm nguyên liệu sản xuất.
- Xây dựng quy luật ảnh huởng của các nhân tố đến chất luợng WPC từ vật liệu

ngoài gỗ, từ đó có thể xác định đuợc các thông số công nghệ hợp lý để sản xuất vật
liệu WPC.
1.5.

Những đóng góp mới của luận án

(1) Luận án là công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống công
nghệ sản xuất vật liệu compozit từ vỏ cây và nhựa HDPE.
(2) Luận án đã nghiên cứu sử dụng hạt nano TiO2 để tạo vật liệu compozit vỏ cây
và nhựa HDPE nhằm nâng cao khả năng chịu tia UV (độ bền màu) của sản
phẩm.
(3) Luận án đã xác định đuợc tỉ lệ phối trộn vỏ cây và thông số công nghệ ép đùn
hợp lý để sản xuất vật liệu compozit từ vỏ cây và HDPE.
1.6.
Ý nghĩa của luận án
(1) Ý nghĩa khoa học
Luận án đã làm rõ đuợc các mối quan hệ gồm: tỉ lệ trộn vỏ cây với chất luợng
compozit, các yếu tố công nghệ ép đùn (nhiệt độ đầu đùn, tốc độc quay trục vít) với
chất luợng compozit. Ngoài ra, luận án còn lập đuợc các phuơng trình tuơng quan thể
hiện mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ sản xuất compozit vỏ cây và nhựa HDPE
góp phần làm rõ cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất vật liệu vỏ cây và nhựa.
(2) Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở để sử dụng vỏ cây Keo tai tuợng làm
nguyên liệu cho sản xuất vật liệu compozit ứng dụng trong các lĩnh vực của cuộc sống
nhu sản xuất đồ mộc, xây dựng, ... Với việc sử dụng vỏ cây Keo tai tuợng nói riêng, vỏ
cây gỗ rừng trồng nói chung sẽ góp phần tăng hiệu quả kinh tế trong sử dụng gỗ rừng


trồng đồng thời góp phần giảm thiểu chất thải và bảo vệ môi truờng.


Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Nguyên liệu sản xuất compozit gỗ nhựa

2.1.1.

Vật liệu nền

Vật liệu nền trong sản xuất compozit gỗ nhựa người ta thường dùng một số loại
nhựa nhiệt dẻo chủ yếu nhưa: Polypropylen, Polyetylene, Polyvinylchloride,...
2.1.1.1.
Nhựa polyethylene (PE)
* Cấu tạo, phân loại của PE
Công thức phân tử

^

-1 n

Phân loại: Dựa vào khối lượng riêng, PE
có 3 loại chính
0,910 4- 0,925 (g/cm3)
Khối lượng riêng thấp Khối lượng riêng 0,926 4 0,940 (g/cm3)
trung bình Khối lượng riêng cao hơn

0,941 4 0,959 (g/cm3) và cao


Cấu tạo của polyme: Phân tử PE có cấu tạo mạch thẳng, dài gồm những nhóm
methylene, ngoài ra còn có những mạch nhánh. Nếu mạch nhánh càng nhiều và càng
dài thì độ kết tinh càng kém. PE kết tinh nhanh vì các mắc xích có chiều dài không lớn
và có độ đối xứng cao. PE có khối lượng riêng thấp chứa 55465% pha kết tinh, PE có
khối lượng riêng trung bình chứa 63473% pha kết tinh, PE có khối lượng riêng cao
chứa 74495°%. Độ kết tinh của PE ở nhiệt độ thường có ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều
tính chất của nó như: tỷtrọng, độ cứng bề mặt, mô đun đàn hồi khi uốn, giới hạn bền
và chảy, độ hòa tan và trương trong các dung môi hữu cơ, độ thấm khí và hơi [3].
* Tính chất của PE
Polyetylene là nhựa bán kết tinh, tỷ lệ giữa các pha kết tinh và vô định hình phụ
thuộc vào phương pháp sản xuất polyme. PE có độ cứng tương đối không cao, không
mùi vị, cháy chậm, ngọn lửa yếu không tàn giống như paraffin.
Polyetylene là polyme không cực nên có tính cách điện cao. Độ bền hóa học: Ở
nhiệt độ thường, PE không tan trong dung môi nhưng axit H 2SO4 và HNO3 đậm đặc,
hỗn hợp nitro hóa, xăng và axit Cromic thì tác dụng mạnh. Nhiệt độ trên 70 oC, PE tan
yếu trong toluen, xilen, amin acetate, dầu thông, paraffin...Ở 90 -100oC, H2SO4 và
HNO3 phá hủy nhanh polyme.
Độ bền khí quyển: Dưới tác dụng của oxy không khí, tia tử ngoại, nhiệt thì các
tính chất cơ lý và điện môi của PE giảm. Hiện tượng này gọi là lão hóa. Trong quá
trình lão hóa, độ dãn dài tương đối và độ chịu lạnh giảm, xuất hiện tính dòn và nứt.
Ảnh hưởng của O2: Tốc độ không khí tác dụng oxy hóa lên PE rất chậm trong
điều kiện nhiệt độ thấp và tương đối nhanh ở nhiệt độ cao. Quá trình oxy hóa là tự xúc
tác, do đó vận tốc oxy hóa tăng khi lượng O 2 bị hấp thụ tăng, khi nhánh tăng và phụ
thuộc vào hàm lượng ban đầu của oxy trong polyme. Trong điều kiện gia công để ngăn
ngừa hoặc làm chậm quá trình oxy hóa PE thường người ta thêm các chất chống oxy
hóa. Lưu ý các chất này chỉ dùng một lượng 0.05-0.2% so với polyme. Hiện tượng oxy
hóa còn làm giảm các tính chất điện môi của vật liệu.


Ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời: Ngoài nhiệt oxy hóa, PE còn bị oxy quang hóa dưới
tác dụng các bước sóng ngắn ánh sáng mặt trời (tia tử ngoại),
quá trình này xảy ra rất nhanh. Để hạn chế quá trình này, ta có thể dùng một số chất
làm chậm như muội than, ZnO,...
Độ kháng nước: PE có độ bền với nước rất cao. Nếu để PE lâu trong nước lọc,
tính chất điện môi trong vật liệu vẫn giữ được.
Độ thấm khí và thấm hơi: PE là polyme không cực nên đối với hơi của chất lỏng
có cực nó có độ thấm không lớn, nhưng hơi của các chất không cực thì truyền qua nó
rất mạnh. Do đó, PE có đô thấm hơi nước thấp, độ thấm khí cao nên PE là vật liệu rất
tốt để làm bao bì. Nhưng cũng do độ thấm cao đối với hơi của nhiều chất hữu cơ nên
hạn chế việc sử dụng chai PE để bảo quản chất hữu cơ và chất thơm. Màng PE tỷ trọng
cao có độ thấm hơi chất lỏng hữu cơ thấp hơn màng PE tỷ trọng thấp từ 5-10 lần [3].
Tính chất cơ học của PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và độ mềm dẻo của
mạch polyme, hàm lượng độn. Tính chất cơ học của PE phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ
nhất là độ bền đứt, độ dãn dài, độ uốn.
Tính chất nhiệt: nhiệt độ làm thay đổi nhiều tính chất vật lý của PE, đặc biệt là
thay đổi kích thước sản phẩm.Cũng giống như tất cả các polyme bán kết tinh, PE hóa
mềm ở khoảng nhiệt độ hẹp (3-5oC), thấp hơn nhiệt độ này từ 15-20oC thì có thể định
hướng và tạo hình. Khi nhiệt độ cao hơn nhiệt chảy, polyme chuyển sang trạng thái
chảy dẻo, ở trạng thái này có thể gia công bằng phương pháp đùn, ép phun.
Độ hấp thu màu: PE có thể sử dụng màu dyes hoặc pigments (bột màu) trong hỗn
hợp nóng chảy, dyes dùng từ 0,005-0,2% tùy theo trọng lượng nhựa, pigments: 0,21%.
Khả năng trộn hợp (blend) với các polyme khác: Khả năng trộn hợp của PE với
các polyme khác rất kém trừ: paraffin trọng lượng phân tử cao, polyizobuthylene, cao
su butyl, PS.
2.1.1.2. Nhựa polypropylene (PP)


PP là loại nhựa nhiệt dẻo kháng hóa chất tốt, tỷ trọng thấp và chỉ số chảy cao hơn
PE; giá thành tương đối nên PP rất đa dụng Công thức phân tử
H H -C—CH CH3

n

Cấu trúc: PP tồn tại ba cấu trúc không
gian cơ bản
Syndiotactic: nhóm CH3 nằm cùng phía.
Isotactic: nhóm CH3 nằm khác phía (dạng thông dụng nhất).
Atactic: nhóm CH3 nằm tự do.
Trong đó, syndiotactic, isotactic là cấu trúc kết tinh (d = 0,91 g/cm3) còn atactic
là cấu trúc không kết tinh (d = 0,86-0,89 g/cm3).
* Tính chất của PP
Tính chất nhiệt: Polypropylene (PP) là loại nhựa bán kết tinh có nhiệt độ nóng
chảy cao hơn PE (160-170oC). Do nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg= - 20 oC) nên PP
có khuynh hướng bị dòn ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ 155 oC, PP còn ở thể rắn nhưng
đến gần nhiệt độ nóng chảy, PP chuyển sang trạng thái mềm cao. Khi giảm từ nhiệt độ
nóng chảy đến 120oC, PP bắt đầu kết tinh lại. Ở 300 oC, nếu PP có chứa chất ổn định
thì sẽ bền oxy hóa và không bị phân hủy ngay cả đun vài giờ trong không khí.
Tính chất hóa học: Ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ,
trương trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 80 oC thì PP bắt đầu
tan trong hai loại dung môi trên.
Các tính chất khác: Tính chất cơ học PP phụ thuộc vào khối lượng phân tử trung
bình, độ đồng đều và hàm lượng polyme atactic. Nếu hàm lượng polyme atactic giảm
và khối lượng phân tử trung bình tăng thì tính chất của polyme tăng [8].


* Các loại PP cơ bản
PP Homopolyme: Do có độ cứng và dễ định hướng nên PP homopolyme thích
hợp các sản phẩm dạng sợi, băng. Khi so sánh với PE, PP isotactic dễ bị oxy hóa bởi
nhiệt và ánh sáng hơn. Khi gia công ở điều kiện bình thường, PP dễ bị cắt mạch ngẫu
nhiên làm giảm khối lượng phân tử và tăng chỉ số chảy.
PP điều hòa lập thể (impact) copolyme: PP dòn ở nhiệt độ thấp, đặc biệt dưới Tg
cho nên đối với một số sản phẩm PP cần độ bền va đập cao ở nhiệt độ thấp, người ta
copolyme propylene với một monomer khác gọi là PP impact copolyme, như hệ
ethylene/propylenene rubber. PP impact copolyme có độ bền va đập tăng nhưng giảm
độ cứng, nhiệt độ biến dạng so với PP homopolyme. PP impact là một trong những
nhựa nhiệt dẻo có tỷ trọng thấp nhất, giá thành rẻ hơn so với PET, PBT, HIPS, ABS...
Ứng dụng chủ yếu dùng công nghệ ép phun với các sản phẩm chính trong ngành tự
động, nội thất, thiết bị, đùn màng, tấm, đùn thổi làm bao bì trong thực phẩm, dược
phẩm.
PP không điều hòa (random) copolyme: PP copolyme không điều hòa là PP mà ở
mắc xích được biến tính bằng cách gắn các phân tử monomer khác nhau (thường nhất
là ethylene). Điều này làm thay đổi tính chất vật lý của polyme: tăng tính chất quang
học (độ trong và sáng), tăng độ bền va đập, uốn dẻo và giảm nhiệt độ nóng chảy tuy
nhiên tính chất kháng khí, mùi, hóa chất giống như PP homopolyme.
Ethylene/propylene random copolyme được đồng trùng hợp, PP random copolyme
thường chứa 1-7% khối lượng là ethylene, 99-93% là propylene. PP random copolyme
do có nhóm ethylene chen vào giữa mạch polyme cản trở sắp xếp kết tinh nên giảm độ
kết tinh so với PP homopolyme tương ứng tính chất vật lý: giảm độ cứng, tăng độ
kháng va đập, tăng độ trong, giảm nhiệt độ nóng chảy thuận lợi cho một số ứng dụng
trong ngành tự động, nội thất, compozit gỗ nhựa,. [3].
2.1.13. Nhựa poỉyvínyỉchỉoride (PVC) * Câu tạo, phân loại PVC
Công thức phân tử


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×