Nguồn nguyên liệu từ sợi thiên nhiên rất dồi dào và phong phú ở nước ta. Các loại sợi thiên nhiên có ưu điểm là thân thiện môi trường và dễ phân hủy sinh học, đã được nghiên cứu và ứng dụng làm vật liệu composite.
Sợi xơ dừa và sợi tre được sử dụng để gia cường cho vật liệu composite trên nền nhựa polyester là một ứng dụng thực tế rất cần thiết. Đánh giá tính chất cơ lý của vật liệu composite xơ dừa và tre cho thấy tìm năng ứng dụng sợi thiên nhiên để gia cường cho vật liệu composite. Các kết quả cho thấy vật liệu composite nhựa polyester sợi tre tốt hơn xơ dừa, đạt độ bền kéo đứt tương ứng là 41,09 MPa và 13,58 MPa.
Từ khóa: Sợi xơ dừa, sợi tre, vật liệu composite sợi xơ dừa, vật liệu composte sợi tre, vật liệu composite xanh
Mở đầu
Vật liệu composite được gia cường bằng sợi tự nhiên đang phát triển rất nhanh. Nguồn nguyên liệu sinh học từ sợi thiên nhiên đã đóng vai trò rất quan trọng với nhiều tính chất như bền chắc, dễ gia công, thẩm mỹ cao và dễ phân hủy sinh học [1]. Các loại sợi thực vật như sợi lanh, bông, cây gai dầu, đay, sisal, dứa, tre, chuối,... cũng như gỗ, được sử dụng làm sợi gia cường cho vật liệu tổng hợp [2]. Các loại sợi thiên nhiên với nhiều tính chất tốt và giá thành thấp nên dần trở thành vật liệu có khả năng thay thế cho các loại sợi tổng hợp để sản xuất vật liệu composite [3]. Vật liệu composite tổng hợp gia cường từ sợi tự nhiên thân thiện với môi trường hơn và được sử dụng làm các chi tiết ứng dụng trong ngành giao thông vận tải, ứng dụng quân sự, công nghiệp xây dựng, bao bì, sản phẩm tiêu dùng và nhiều lĩnh vực khác [4, 5].
Tre và xơ dừa là nguồn nguyên liệu sinh học từ thiên nhiên rất phong phú ở nước ta. Tre và xơ dừa là một vật liệu rẻ tiền và sẵn có ở nhiều vùng trong nước. Tre và xơ dừa được sử dụng rộng rãi trong các ngành môi trường về xử lý nước thải, trong ngành xây dựng hoặc chế tạo các vật dụng trang trí mỹ nghệ,… với giá thành thấp [6,7].
Trong nghiên cứu này,sợi tre và sợi xơ dừa được ứng dụng để gia cường cho vật liệu composite trên nền nhựa polyester.
Thực nghiệm
Nguyên liệu và hóa chất
Tre và xơ dừa có nguốn gốc ở Bến Tre. Nhựa polyester không no (Polyester resin 6120, Đài Loan), chất chống dính khuôn (Wax 8, Mỹ); chất đóng rắn Methyl Ethyl Ketone Peroxide (Butanox MEKPO 808, Trung Quốc); chất xúc tiến Cobalt octoate (Co2+); dung dịch NaOH 20%, sợi thủy tinh (Mat 200, Trung Quốc).
Xử lý nguyên liệu sợi thiên nhiên
Xử lý sợi xơ dừa:
Xơ dừa phơi nắng khô trong khoảng 72 giờ, sau đó tiến hành xử lý sợi bằng tay. Tước xơ dừa thành những sợi nhỏ. Sau đó đem ngâm xơ dừa trong dung dịch NaOH 20% trong 4 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau khi ngâm xong đem rửa lại bằng nước sạch nhiều lần để loại bỏ hết lượng NaOH bám dính vào xơ dừa và sấy khô ở 80oC trong 2 giờ. Lấy phần sợi dài từ 15 cm trở lên kết thành từng sợi lớn, sau đó tiếp tục đan lại thành từng manh mỏng, cứ như thế ta tiến hành làm nhiều manh đến khi đủ số lượng.
Hình 1. Xơ dừa khi kết thành tấm
.jpg)
Xử lý sợi tre
Chọn các khoan tre thẳng để tách sợi. Tiến hành chẻ tre thành sợi nhỏ và đập dẹp nhằm tách sợi dễ dàng. Sợi tre được phơi ngoài ánh nắng mặt trời 48 giờ cho sợi khô và chuyển từ màu xanh sang màu vàng. Sau đó mang sợi xử lý ngâm trong dung dịch NaOH 20% trong thời gian 4 giờ ở nhiệt độ thường. Rửa sạch bằng nước và sấy khô ở 80oC trong 2 giờ. Sau khi sợi đã khô, mang sợi cắt ngắn ra thành từng khúc khoảng 20 cm, đan thành từng tấm nhỏ phù hợp với kích cỡ vật liệu cần gia công
Hình 2. Sợi tre kết thành tấm
.jpg)
Phương pháp chế tạo vật liệu composite
Gia công vật liệu composite nhựa polyester và sợi thiên nhiên bằng phương pháp đắp tay. Tỷ lệ phối trộn nhựa polyester không no với hàm lượng xúc tác MEKP là 0,75%, hàm lượng xúc tiến Co2+ là 0,2%. Dùng khuôn dạng tấm phẳng. Quét chất chống dính một lớp mỏng lên khuôn. Tiếp theo trải lớp sợi lên khuôn và phủ lớp nhựa lên lớp sợi và tiến hành lăn ép đuổi bọt khí. Quá trình đóng rắn được thực hiện trong vòng 30-45 phút. Để mẫu đóng rắn hoàn toàn sau 48 giờ, tiến hành tháo khuôn và cắt mẫu theo kích thước quy chuẩn đo mẫu.
Phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu composite
Tính chất cơ học của vật liệu composite được đo trên thiết bị LLOYD LR 30K. Độ bền kéo, biến dạng kéo, module đàn hồi kéo được xác định dựa theo tiêu chuẩn ASTM D 638. Độ bền uốn, biến dạng uốn, module đàn hồi uốn được xác định dựa theo tiêu chuẩn ASTM D 790. Năng lượng đỉnh, năng lượng gãy, gradient được xác định dựa theo tiêu chuẩn ASTM D 695.
Kết quả và thảo luận
Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa sợi đến tính chất cơ lý của vật liệu composite
Mẫu vật liệu composite đo độ bền kéo được cắt theo kích thước hình 3:
Hình 3. Mô hình mẫu đo độ bền kéo
.jpg)
Tính chất của vật liệu composite ảnh hưởng bởi tỷ lệ nhựa và sợi. Tỷ lệ nhựa polyester không no và sợi được chọn khảo sát là 6/4 và 5/5 (theo khối lượng). Kết quả đo độ bền kéo của vật liệu composite nhựa polyester không no và sợi theo tỷ lệ 6/4 và 5/5; được so sánh với vật liệu composite sợi thủy tinh được trình bày ở bảng 1 và hình 4 như sau:
Bảng 1. Độ bền kéo của vật liệu polymer composite nhựa polyester và sợi
.jpg)
Hình 4. Độ bền kéo của vật liệu composite nhựa polyester và sợi
.jpg)
Kết quả từ bảng 1 và hình 4 cho thấy, tỷ lệ nhựa/sợi là 6/4 thì độ bền kéo của vật liệu composite nhựa polyester và sợi tốt hơn tỷ lệ 5/5. Tỷ lệ giữa nhựa và sợi ảnh hưởng đến mật độ liên kết giữa nhựa và sợi. Nếu nhựa không đủ bao bọc nhựa và liên kết với sợi thì khi đó trong vật liệu composite có những vùng chỉ có sợi mà không có nhựa để liên kết, do vậy tính chất cơ lý của vật liệu composite thấp.
Kết quả cũng cho thấy, độ bền kéo của vật liệu composite nhựa polyester sợi tre (đạt 41,09 MPa) gần tương đương với sợi thủy tinh (43,31 MPa). Tuy nhiên, độ bền kéo đứt của vật liệu composite nhựa polyester sợi xơ dừa khá thấp (đạt 13,58 MPa). Bản thân sợi xơ dừa gồm những sợi mảnh nhỏ, nên tính chất cơ lý thấp hơn sợi tre [1,2,6,7]. Cần có những cải tiến về phương pháp gia công, cũng như tăng cường các phụ gia để nâng cao tính chất cơ lý của vật liệu composite sợi xơ dừa.
Độ bền uốn của mẫu vật liệu composite
Mẫu vật liệu composite đo độ bền uốn theo hình dạng và kích thức như sau:
Kết quả xác định độ bền uốn của vật liệu composite nhựa polyester và sợi được trình bày trong bảng 3:
Bảng 2. Kích thước mẫu vật liệu polymer composite đo độ bền uốn
.jpg)
Kết quả từ Bảng 3 cho thấy, độ bền uốn của vật liệu composite nhựa polyeter sợi tre đan thành tấm chịu được lực uốn rất lớn gấp 1,5 so với vật liệu composite sợi thủy tinh. Trong khi đó, vật liệu composite nhựa polyester sợi xơ dừa thì rất thấp và hầu như không xác định được giá tri. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả mục 3.1 về xác định tính chất cơ lý của vật liệu composite.
Bảng 3. Độ bền uốn của vật liệu polymer composite nhựa polyester và sợi
.jpg)
Độ bền va đập của mẫu vật liệu composite
Mẫu vật liệu cmposite đo độ bền va đập được cắt theo kích thước và hình dạng như sau:
Hình 6. Mô hình mẫu độ bền va đập
.jpg)
Kết quả xác định độ bền va đập của mẫu vật liệu composite nhựa polyester và sợi được trình bày ở Bảng 4.
Bảng 4. Độ bền va đập của vật liệu polymer composite nhựa polyester và sợi
.jpg)
Kết quả từ bảng cho thấy, năng lượng đỉnh của độ bền va đập thì vật liệu composite nhựa polyester và sợi thủy tinh chịu va đập tốt hơn sợi tre (118,76 mJ/mm); trong khi đó sợi xơ dừa thì vẫn rất thấp (36,83 mJ/mm),
So sánh tính chất cơ lý của mẫu vật liệu composite nhựa polyester và sợi tre, sợi xơ dừa, sợi thủy tinh được trình bày ở hình 7.
Hình 7. Tính chất cơ lý của vật liệu composite nhựa polyester và sợi
.jpg)
Từ Hình 7, nhận thấy tính chất cơ lý của vật liệu composite nhựa polyester và sợi tre khi đan thành tấm chịu được lực rất tốt và có thể thay thế cho sợi thủy tinh. Trong khi đó, tính chất cơ lý của vật liệu composite sợi xơ dừa thì rất thấp. Sợi xơ dừa cần cải thiện phương pháp xử lý và gia công để nâng cao tính chất cơ lý.
Sợi thủy tinh là sợi tổng hợp với các tính chất cơ lý tốt, đã được sử dụng rất phổ biến để gia cường cho vật liệu composite nhựa polyester. Tuy nhiên, một số hạn chế nhất định liên quan đến khả năng phân hủy sinh học của sợi tổng hợp dần dần được quan tâm. Các kết quả cũng cho thấy tiềm năng sử dụng sợi thiên nhiên để thay thế dần cho sợi tổng hợp gia cường cho vật liệu composite.
Kết luận
Vật liệu composite trên nền nhựa polyester không no và sợi tre, sợi xơ dừa đã được nghiên cứu và chế tạo theo phương pháp gia công bằng tay với tỷ lệ nhựa/sợi phù hợp là 6/4. Các kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng sợi thiên nhiên thay thế cho sợi thủy tinh trong vật liệu composite. Vật liệu composite nhựa polyester sợi tre có tính chất cơ lý tốt hơn vật liệu composite sợi xơ dừa với độ bền kéo đo được là 41,09 MPa và 13,58MPa.
Tài liệu tham khảo
1. Sen Tara, Reddy H.N. Jagannatha. Application of Sisal, Bamboo, Coir and Jute Natural Composites in Structural Upgradation. International Journal of Innovation, Management and Technology, 2, 186-191 (2011);
2. Caroline Baillie. Green composites: Polymer composites and The environment, Elsevier, 2004;
3. Asgekar S.D, Joshi V.K, Futane Priti S, Joshi P.S. Characteristics of Sugarcane/Coir Fibres Reinforced Composites in Phenol Formaldehyde Resin. International Journal of Composite Materials, 3(6), 156- 162 (2013);
4. Saradava Biren J, Rachchh Nikunj V, Misra R. K, Roychowdhary D.G. Mechanical Characterization of Coir Fiber Reinforced Polymer Composite Using Red Mud as Filler. Journal Of Information, Knowledge And Research In Mechanical Engineering, 2(2), 472-476 (2013).
HUỲNH LÊ HUY CƯỜNG*1, ĐÀO MINH TRUNG2
*1Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh (HUIT)
*1Email:cuonghlh@huit.edu.vn
2Đại học Thủ Dầu Một
Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 14 (Kỳ 2 tháng 7) năm 2024
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) bền vững cho Việt Nam thông qua tích hợp công nghệ vi sinh (phân hủy sinh học) và nhiệt phân. Trước áp lực gia tăng rác đô thị và yêu cầu phát triển kinh tế tuần hoàn, phương pháp này được đề xuất nhằm tận dụng tài nguyên từ rác, giảm chôn lấp và phát thải.
Nếu ở Kỳ 1, độc giả đã thấy những định hướng chiến lược và công nghệ xanh mở ra lối đi mới cho nông nghiệp Việt, thì đến Kỳ 2, điểm nhấn lại nằm ở những giải pháp cụ thể. Từ phòng thí nghiệm, nhiều nghiên cứu khoa học đã bước ra thực tiễn, đồng hành cùng doanh nghiệp, tạo nên các mô hình thành công: từ công nghệ bảo quản mới, chế biến cà phê hiện đại, đến kinh tế tuần hoàn phụ phẩm tôm và nâng tầm sản phẩm truyền thống như nước mắm. Đây chính là những hạt nhân giúp nông sản Việt gia tăng giá trị và chinh phục thị trường quốc tế.
Cao chloroform của Bí kỳ nam (Hydnophytum formicarum Jack.) được sắc ký cột với các hệ dung môi có độ phân cực khác nhau và kết hợp với kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để thực hiện quá trình phân lập và tinh sạch các hợp chất. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân và kết hợp so sánh với tài liệu tham khảo. Ba hợp chất được tinh sạch và xác định cấu trúc bao gồm luteolin (1), quercetin (2) và quercitrin (3).
Hoạt tính xua đuổi hiệu quả của p-menthan-3,8-diol (PMD) đã được chứng minh là hiệu quả an toàn cho sức khỏe, tuy nhiên, hợp chất này vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Đã có một số công trình nghiên cứu khảo sát tổng hợp PMD chủ yếu sử dụng xúc tác acid H2SO4 loãng với các điều kiện phản ứng khác nhau về thời gian và nhiệt độ.
Cháy nổ trong sinh hoạt dân dụng vẫn là một vấn đề nhức nhối tại Việt Nam, gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản do sự bất cẩn hoặc lỗi thiết bị điện. Các hệ thống cảnh báo cháy truyền thống thường có độ trễ cao, chỉ phản ứng khi cháy đã xảy ra rõ ràng, dễ gây báo động giả và thiếu khả năng cảnh báo từ xa.
Khu vực đảo Palawan (Philippine), Sempoma SABAH (Malaysia) nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa, mùa khô rõ rệt. Tại Palawan, trung bình năm nhiệt độ không khí 28,50C, độ ẩm trung bình 58,4%, tổng lượng mưa 2.920 mm, tổng số giờ nắng trong khoảng 2,180 - 2,307h, nhiệt độ nước biển 29,30C và độ muối nước biển 33,3‰.
