Tóm tắt Luận án Nghiên cứu một số vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu ươm cây

E tái sinh tăng từ 0% đến 100%, độ bền kéo đứt của màng giảm từ 24,67 MPa (rPE= 0%) xuống 15,03MPa (rPE= 100%) và độ dãn dài khi đứt cũng giảm từ 621,54% xuống còn 411,23%. So sánh phổ FTIR của LDPE và rPE cho thấy, có sự xuất hiện nhóm chức cacbonyl trên phổ FTIR của rPE tại pic 1714,30 cm-1 trong khi đó phổ LDPE không xuất hiện nhóm chức này. Tuy nhiên cường độ píc 1714,30 cm-1 rất nhỏ do loại nhựa sử dụng là nhựa tái sinh loại 1. Hình 3.1: Phổ FTIR của LDPE và rPE loại 1 6 Ngoài ra, khả năng tương hợp của các tổ hợp nhựa nền này đã được đánh giá bằng hình thái học bề mặt phẳng (SEM). Kết quả chụp SEM của các mẫu tổ hợp nhựa nền PE1, PE2, PE3 và PE4 được trình bày trong hình 3.2. Hình 3.2: Hình thái học bề mặt phẳng của mẫu PE1, PE2, PE3 và PE4 Từ ảnh SEM thu được ta thấy rằng sự phân bố của các cấu tử trong mẫu (PE1, PE2, PE3) là đồng đều trong khi đó mẫu PE4 đã bắt đầu xuất hiện các vùng không đồng đều, vón cục. Chứng tỏ các mẫu PE1, PE2, PE3 có sự tương hợp tốt hơn so với mẫu PE4. 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia quá trình đến tính chất của tổ hợp nhựa nền rPE /LDPE Ảnh hưởng của phụ gia quá trình PE3A0 (0%), PE3A1 (1%), PE3A2 (2%), PE3A3 (3%), PE3A4 (4%) được đánh giá qua mô men xoắn, độ bóng, tính chất cơ lý và hình thái học bể mặt SEM. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia quá trình đến mô men xoắn được thể hiện trong hình 3.3. Hình 3.3: Ảnh hưởng của phụ gia quá trình đến mô men xoắn Qua hình 3.3 cho thấy khi sử dụng phụ gia quá trình thì mô men xoắn của mẫu giảm so với mẫu không sử dụng phụ gia quá trình; do phụ gia quá trình phủ lên bề mặt trục tạo thành lớp đệm làm giảm ma sát giữa trục và dòng nhựa vì vậy làm giảm mô men xoắn. Khi tăng hàm lượng phụ gia quá trình từ 1% đến 2% thì thời gian ổn đinh thấp dần từ 2 phút xuống 1,5 phút. Do vậy, với hàm lượng phụ gia quá trình là 2% là phù hợp cho quá trình gia công chế tạo. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia PPA đến độ bóng khi thực 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 M o m en x o ắn ( N m ) Thời gian (phút) PE3A0 PE3A1 PE3A2 PE3A3 PE3A4 7 hiện ở phép đo có góc chiếu tia sáng tới 650 được trình bày trong hình dưới đây: Hình 3.4: Độ bóng của mẫu màng có hàm lượng phụ gia PPA khác nhau Từ hình 3.4, nhận thấy mẫu sử dụng phụ gia PPA cho kết quả độ bóng cao hơn 4% so với mẫu không sử dụng phụ gia quá trình. Điều này được giải thích là do trong quá trình gia công PPA giúp giảm ma sát giữa trục và nhựa, nhờ đó dòng chảy của nhựa không có nhiều khác biệt giữa vận tốc ở vùng tâm và vùng biên nên giảm thiểu được việc hình thành các nếp gấp vì vậy tăng độ nhẵn cho bề mặt và tăng độ bóng của sản phẩm [97]. Từ hình 3.5 cho thấy với hàm lượng phụ gia PPA 2% là phù hợp cho quá trình gia công. Độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt của các mẫu được chỉ ra trong bảng 3.2 dưới đây. Bảng 3.2: Tính chất cơ lý của mẫu màng có hàm PPA khác nhau Kí hiêu mẫu Tính chất cơ lý Độ bền kéo đứt (MPa) Độ giãn dài khi đứt (%) PE3A0 19,87 555,12 PE3A1 20,28 560,64 PE3A2 20,67 567,82 PE3A3 20,19 553,34 PE3A4 19,65 552,11 Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng phụ gia quá trình không ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của sản phẩm. Khi tăng hàm lượng PPA từ 0% đén 2% thì độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt tăng lên và khi hàm lượng PPA từ 2% đến 4% thì độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt giảm. Tuy nhiên sự tăng, giảm tính chất cơ lý của vật liệu không nhiều. Điều này có thể giải thích do phụ gia quá trình PPA là những chất phân cực do vậy không tương hợp được với PE tạo thành một pha phân tán cực nhỏ trong pha chính là polyme, phủ trên bề mặt sản phẩm [89] nên không ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của sản phẩm. Kết quả đo hình thái học bề mặt phẳng SEM của mẫu PE3A0 và PE3A2 được chỉ ra trong hình 3.5. 76 78 80 82 84 86 88 PE3A0 PE3A1 PE3A2 PE3A3 PE3A4 Độ Bóng 8 Mẫu PE3A0 Mẫu PE3A2 Hình 3.5: Hình thái học bề mặt của mẫu PE3A0 và PE3A2 Quan sát ảnh hình thái học bề mặt nhận thấy, với mẫu màng PE3A2 có hàm lượng phụ gia quá trình 2% cho bề mặt màng mịn và đồng đều hơn so với mẫu PE3A0 không sử dụng phụ gia PPA. Điều này có thể giải thích là do khi bổ sung phụ gia PPA giúp giảm ma sát giữa trục và nhựa, do đó dòng chảy của nhựa không có nhiều khác biệt giữa vận tốc ở vùng tâm và vùng biên nên giảm thiểu hình thành các nếp gấp. 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến quá trình phân hủy giảm cấp của màng rPE- oxo Tính chất cơ lý của mẫu màng được chỉ ra trong bảng 3.3 dưới đây: Bảng 3.3: Tính chất cơ lý của các mẫu chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa khác nhau Kí hiệu mẫu * Tổ hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa (%) Độ bền kéo đứt (MPa) Độ giãn dài khi đứt (%) PE3A2Ox0 0 20,67 567,82 PE3A2Ox02 0,02 20,42 558,42 PE3A2Ox04 0,04 20,34 554,65 PE3A2Ox06 0,06 20,22 553,02 PE3A2Ox08 0,08 20,14 552,14 Bảng 3.3 cho thấy, tính chất cơ lý của mẫu rPE-oxo giảm khi tăng hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa, tuy nhiên do hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa trong màng rPE-oxo nhỏ dẫn đến sự suy giảm tính chất cơ lý trong các mẫu ít. Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến quá trình phân hủy giảm cấp của màng rPE- oxo thông qua thử nghiệm oxy hóa nhiệt, oxy hóa quang, nhiệt ẩm và thử nghiệm lão hóa thời tiết. 3.3.1. Quá trình phân hủy oxy hóa nhiệt của màng rPE- Oxo Tiến hành đo tính chất cơ lý của các mẫu màng PE3A2Ox0, PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06 và PE3A2Ox08 để đánh giá mức độ phân hủy nhiệt. Kết quả đo độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các mẫu trong quá trình oxY hóa nhiệt được trình bày trong hình 3.6 dưới đây: 9 Hình 3.6: Tính chất cơ lý của mẫu màng sau khi oxy hóa nhiệt Kết quả cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của tất cả các mẫu đều giảm theo thời gian thử nghiệm. Các mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06 và PE3A2Ox08 được coi là tự hủy lần lượt sau 90 giờ, 72 giờ, 54 giờ và 36 giờ oxy hóa nhiệt. Phổ FTIR của mẫu màng được chỉ ra trong hình 3.7 dưới đây: Hình 3.7: Phổ FTIR của các mẫu rPE-oxo sau khi oxy hóa nhiệt Phổ hồng ngoại cho thấy pic 1640 - 1850 cm-1 đặc trưng cho các nhóm carbonyl, được xác định bởi sự chồng chéo của các nhóm chức như: Axit (1710-1715 cm-1), keton (1714 cm-1), andehit (1725 cm-1), este (1735 cm-1) và lacton (1780 cm-1) được quan sát. Từ kết quả đo phổ FTIR, chỉ số CI của các mẫu sau khi oxy hóa nhiệt được chỉ ra trên hình 3.8. Hình 3.8: Chỉ số CI của các mẫu PE tự hủy sau khi oxy hóa nhiệt Kết quả cho thấy chỉ số CI của tất cả các mẫu đều tăng ngay trong những giờ oxy hóa nhiệt đầu tiên. Tại mỗi thời điểm bất kỳ thì chỉ số CI tăng khi tăng hàm lượng của phụ gia xúc tiến oxy hóa trong các mẫu. Sau 90 giờ oxy hóa nhiệt chỉ số CI của mẫu PE3A2Ox0, PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06 và PE3A2Ox08 tương ứng là 0,65; 4,21; 4,52; 5,02 và 5,22. Hình ảnh SEM bề mặt của các mẫu PE3A2Ox0, PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 được thể hiện trong hình 3.9. 0 5 10 15 20 25 0 18 36 54 72 90 Đ ộ b ền k éo đ ứ t (M p a ) Thời gian phân hủy oxy hóa nhiệt (giờ) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 0 100 200 300 400 500 600 0 18 36 54 72 90 Đ ộ d ã n d à i k h i đ ứ t (% ) Thời gian phân hủy oxy hóa nhiệt (giờ) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 0 2 4 6 0 18 36 54 72 90 C h ỉ số C I Thời gian oxy hóa nhiệt ( giờ) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 10 PE3A2Ox0 ban đầu PE3A2Ox0 sau 90 giờ PE3A2Ox02 sau 90 giờ PE3A2Ox08 sau 36 giờ Hình 3.9: Ảnh SEM của PE3A2Ox0bđ, PE3A2Ox0, PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 sau khi oxy hóa nhiệt Ảnh SEM của các mẫu màng PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 có chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa cho thấy bề mặt bị phá hủy, phát triển thành các vết rách và các rãnh do hoạt tính xúc tác của các phụ gia xúc tiến oxy hóa dưới tác động của nhiệt. 3.3.2. Quá trình phân hủy oxy hóa quang, nhiệt, ẩm của màng rPE- oxo Sự thay đổi độ bền kéo đứt của các mẫu sau 30 ngày oxy hóa quang nhiệt ẩm được trình bày trong hình 3.10. Hình 3.10: Tính chất cơ lý của các mẫu sau 30 ngày oxy hóa quang nhiệt ẩm Kết quả cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các mẫu đều giảm khi tăng thời gian oxy hóa mẫu. Theo tiêu chuẩn ASTM G154-12ª, ASTM D5510 thì mẫu coi như tự hủy khi độ dãn dài khi đứt ≤ 5% giá trị ban đầu. Do vậy, các mẫu PE3A2Ox08, PE3A2Ox06, PE3A2Ox04 và PE3A2Ox02 được coi là tự hủy sau 12 ngày, 18 ngày, 24 ngày và 30 ngày oxy hóa quang nhiệt ẩm. Phổ FTIR của các mẫu màng PE3A2Ox0, PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06 và PE3A2Ox08 sau 30 ngày oxy hóa quang, nhiệt, ẩm được thể hiện trên hình 3.11: Hình 3.11: Phổ IR của mẫu sau oxy hóa quang nhiệt ẩm 0 10 20 30 0 6 12 18 24 30 Đ ộ b ền k éo đ ứ t (M p a ) Thời gian thử nghiệm (ngày) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 0 200 400 600 0 6 12 18 24 30 Đ ộ d ã n d à i k h i đ ứ t (% ) Thời gian thử nghiệm (ngày) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 11 Kết quả cho thấy xuất hiện pic trong khoảng 1700 – 1800 cm-1 đặc trưng cho nhóm carbonyl. Pic hấp thụ ở khoảng này cho thấy sự có mặt của nhiều sản phẩm oxy hóa khác nhau như: Andehit hoặc este (1733 cm-1), axit carboxylic (1700 cm-1), γ-lacton (1780 cm-1) [94]. Ảnh SEM bề mặt của mẫu sau thời gian oxy hóa quang nhiệt ẩm được thể hiện trong hình 3.12. PE3A2Ox0 ban đầu PE3A2Ox0 sau oxy hóa PE3A2Ox04 PE3A2Ox08 Hình 3.12: Ảnh SEM của PE3A2Ox0 bđ, PE3A2Ox0, PE3A2Ox04 và PE3A2Ox08 Kết quả cho thấy mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06, PE3A2Ox08 sau 30, 24, 18 và 12 ngày thử nghiệm oxy hóa quang nhiệt ẩm thấy xuất hiện dấu hiệu của hiện tượng phá hủy bề mặt. Mẫu PE3A2Ox04 và PE3A2Ox08 xuất hiện sự phân pha rõ ràng trên các vùng vật liệu và mức độ hư hại tăng lên rõ rệt khi tăng hàm lượng phụ gia xúc tiến oxy hóa trong màng. 3.3.3. Khả năng phân hủy của màng rPE – oxo trong điều kiện lão hóa tự nhiên Sự thay đổi độ bền kéo đứt của màng trong quá trình lão hóa tự nhiên được tổng hợp trong hình 3.13 dưới đây. Hình 3.13: Sự thay đổi tính chất cơ lý trong quá trình lão hóa tự nhiên Kết quả cho thấy với mẫu không chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa (PE3A2Ox0), sau 15 tháng phơi mẫu, độ bền kéo đứt của mẫu vẫn duy trì trên 60% giá trị ban đầu. Theo tiêu chuẩn ASTM D 5510 thì màng coi như tự hủy khi độ dãn dài khi đứt ≤ 5% giá trị ban đầu, như vậy mẫu PE08 được coi là tự hủy sau 6 tháng, mẫu PE3A2Ox06, PE3A2Ox04 và PE3A2Ox02 được coi là phân hủy sau 9, 12 và 15 tháng, tương ứng. Phổ FTIR của các mẫu ban đầu và khi phơi mẫu tự nhiên được thể hiện trong hình 3.14. 0 10 20 30 0 3 6 9 12 15 Đ ộ b ền k éo đ ứ t (M p a ) Thời gian (Tháng) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 0 200 400 600 0 3 6 9 12 15 Đ ộ d ã n d à i k h i đ ứ t (% ) Thời gian (Tháng) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 12 Hình 3.14: Phổ FTIR của các mẫu màng sau 15 tháng lão hóa tự nhiên Xuất hiện pic trong khoảng 1700 – 1800 cm-1 đặc trưng cho nhóm carbonyl. Pic hấp thụ ở khoảng này cho thấy sự có mặt của nhiều sản phẩm oxy hóa khác nhau như: Andehit hoặc este (1733 cm-1), axit carboxylic (1700 cm-1), γ-lacton (1780 cm-1) [95], cường độ của pic tăng dần theo thời gian tiếp xúc. Ngoài ra có thể quan sát thấy sự xuất hiện với cường độ yếu của pic 1641 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm vinyl (C=C) [96]. Kết quả đo chỉ cố CI của các mẫu theo thời gian thử nghiệm được trình bày trên hình 3.15. Hình 3.15: Sự thay đổi chỉ số carbonyl theo thời gian phơi mẫu Như vậy sau thời gian phơi tự nhiên thì mẫu PE3A2Ox0 có giá trị CI rất nhỏ. Các mẫu chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa thì giá trị CI tăng mạnh sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên. Chỉ số carbonyl tăng tỷ lệ thuận với lượng phụ gia xúc tiến oxy hóa trong mẫu. Hình thái học bề mặt SEM và kết quả quan sát được trình bày trên hình 3.16 dưới đây: PE3A2Ox0 ban đầu PE3A2Ox0 sau lão hóa PE3A2Ox02 PE3A2Ox08 Hình 3.16: Ảnh SEM của mẫu màng trước và sau 15 tháng lão hóa tự nhiên. 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 6 C h ỉ số C I Thời gian (tháng) PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 13 Kết quả cho thấy so với mẫu màng trước lão hóa tự nhiên thì bề mặt mẫu PE3A2Ox0 ít bị tác động nhất, bề mặt tương đối nhẵn ít khuyết tật, trong khi đó bề mặt các mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 đều bị phá hủy, không còn mịn mà xuất hiện khuyết tật và các rạn nứt trên bề mặt vật liệu. 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến quá trình phân hủy của màng rPE - oxo trong điều kiện tự nhiên 3.4.1. Phân hủy trong môi trường đất Kết quả tổn hao khối lượng mẫu khi chôn trong đất được tổng hợp trong bảng 3.4. Bảng 3.4: Tổn hao khối lượng của các mẫu khi chôn trong đất theo thời gian Thời gian (Tháng) Tổn hao khối lượng của các mẫu khi chôn trong đất (%) PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 1 10,72 12,09 12,86 13,45 2 11,39 12,12 21,46 36,72 3 14,14 20,48 33,09 68,56 4 21,43 31,21 41,23 84,23 5 29,18 48,44 52,11 92,54 6 39,21 63,74 70,87 - Kết quả cho thấy tổn hao khối lượng ở các mẫu chứa phụ gia xác tiến oxy hóa tăng dần theo thời gian chôn mẫu và sau 6 tháng, tổn hao khối lượng của các mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04 và PE3A2Ox06 lần lượt là 56,21% và 63,74% và 70,87%. Tổn thất khối lượng tuy chưa đủ để khẳng định các mẫu đã bị phân hủy hoàn toàn nhưng có thể khẳng định mẫu đã bị phân hủy thành những mảnh nhỏ lẫn trong đất không thể thu hồi được. Tiến hành đo phổ hồng ngoại của mẫu PE3A2Ox08 sau khi chôn đất và kết quả đo được thể hiện trên hình 3.17 dưới đây: Hình 3.17: Phổ FTIR của mẫu PE3A2Ox08 sau 5 tháng chôn trong đất Kết quả cho thấy sau khi chôn trong đất xuất hiện các vùng đặc trưng có thể do các mạch polyme sau khi oxy hóa đã bị phân hủy bởi vi sinh vật trong đất, kết quả này khá phù hợp với những công bố của E. Chiellini và cộng sự 47 2. 8053 3. 72 72 4. 57 77 8. 93 10 30 .5 1 11 00 .5 6 11 78 .1 9 12 94 .4 8 13 72 .4 6 14 13 .2 8 14 64 .6 0 15 76 .7 1 16 27 .1 9 17 12 .1 7 26 59 .8 1 28 52 .1 3 29 12 .5 0 33 77 .6 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 % T 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers (cm-1) 14 [48]. Đầu tiên, xuất hiện pic 3377 cm-1 đặc trưng cho liên kết –O-H, pic 1712,17 cm-1 đặc trưng cho nhóm carbonyl, khoảng pic rộng hơn so với phân hủy oxy hóa nhiệt và quang nhiệt ẩm Ảnh SEM của các mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 sau khi chôn trong đất được trình bày trong hình 3.18. PE3A2Ox02 sau khi chôn đất PE3A2Ox08 sau chôn đất Hình 3.18: Ảnh SEM của PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 khi chôn trong đất Từ ảnh SEM cho thấy sau khi chôn đất bề mặt của PE3A2Ox08 có sự thay đổi nhiều hơn so với mẫu PE3A2Ox02. Mẫu PE3A2Ox02 đã xuất hiện các vết rạn, nứt trong khi mẫu PE3A2Ox08 xuất hiện các vết lõm sâu do sau quá trình phân hủy giảm cấp và đã suy giảm tính chất cơ lý và dễ dàng tan rã dưới các tác động dù rất nhỏ [97]. 3.4.2. Phân hủy trong môi trường bùn hoạt tính. Tổn hao khối lượng của các mẫu khi ngâm trong bùn hoạt tính được tổng hợp trong bảng 3.5. Bảng 3.5: Tổn hao khối lượng của mẫu khi ngâm trong bùn hoạt tính Thời gian (tháng) Tổn hao khối lượng của mẫu khi ngâm trong bùn hoạt tính (%) PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 1 12,36 14,77 16,03 19,05 2 19,03 25,14 34,42 48,16 3 25,67 34,62 44,71 77,53 4 31,84 46,09 50,94 91,03 5 40,56 57,56 60,02 - 6 51,21 70,84 89,13 - Sau 6 tháng, tổn hao khối lượng ở các mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06 lần lượt là 51,21%; 70,84%; 89,13%. Mẫu PE3A2Ox08 mất gần như hoàn toàn khối lượng sau 5 tháng ngâm trong bùn hoạt tính. Như vậy, sau quá trình phân hủy giảm cấp, các mẫu màng có khối lượng phân tử lớn, kỵ nước đã bị phân cắt thành các đoạn mạch ngắn hơn có khối lượng phân tử nhỏ và có các nhóm chức ưa nước đã giúp vi sinh vật dễ dàng tiếp cận hơn để tiếp tục thủy phân và tiêu thụ các đoạn mạch này. Khả năng phân hủy trong bùn hoạt tính của mẫu PE3A2Ox08 được thông qua phổ hồng ngoại FTIR và được chỉ ra trên hình 3.19. 15 Hình 3.19: FTIR của mẫu PE3A2Ox08 sau 4 tháng ngâm trong bùn hoạt tính Tương tự như khi chôn trong đất, sau 4 tháng ngâm trong bùn hoạt tính cường độ dải hấp thụ trong khoảng 1700 – 1740cm-1 tăng mạnh và tăng nhiều hơn so với khi chôn trong đất. Đồng thời cũng xuất hiện pic tại 1627cm-1 đặc trưng cho liên kết –C=C– và pic tại 3430cm-1 đặc trưng cho liên kết –O–H. Tín hiệu pic 1030 cm-1 đặc trưng cho nhóm este rộng và mạnh hơn so với chôn trong đất. Hình thái học bề mặt SEM của mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 màng sau 4 tháng ngâm trong bùn hoạt tính được thể hiện trên hình 3.20. PE3A2Ox02 PE3A2Ox08 Hình 3.20: SEM bề mặt của mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 sau khi ngâm trong bùn hoạt tính Ở cả hai mẫu đều thấy rằng bề mặt mẫu có sự phân hủy, cấu trúc bề mặt có sự phân pha rõ nét, xuất hiện các vùng vật liệu khác nhau. 3.5. Nghiên cứu chế tạo túi bầu tự hủy từ nhựa PE tái sinh và hỗn hợp phụ xúc tiến oxy hóa 3.5.1. Đơn phối liệu chế tạo túi bầu ươm tự hủy Góp phần giúp cây con trong bầu phát triển tốt, tiến hành sử dụng than đen trong chế tạo túi bầu ươm cây. Chúng tôi đã sử dụng than đen có hàm lượng 1% (về khối lượng). Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 đến 3.4, chúng tôi đã lựa chọn được tổ hợp nhựa nền rPE /LDPE có tỷ lệ 85/15, hàm lượng phụ gia quá trình PPA 2% và hàm lượng phụ gia xúc tiến oxy hóa từ 0,02% đến 0,08%. Đơn phối liệu cho quá trình chế tạo túi bầu ươm tự hủy được trình bày trong bảng 3.6. 41 5. 33 46 4. 66 53 3. 70 71 7. 92 79 5. 97 87 7. 04 10 30 .5 0 14 25 .2 8 16 27 .3 71 7 12 .7 9 28 50 .1 3 29 21 .3 234 30 .0 0 86.0 86.5 87.0 87.5 88.0 88.5 89.0 89.5 90.0 90.5 91.0 91.5 92.0 92.5 93.0 93.5 94.0 94.5 95.0 95.5 % T 1000 2000 3000 4000 Wav enumbers ( cm-1) 16 Bảng 3.6: Đơn phối liệu chế tạo túi bầu ươm tự hủy Đơn vị tính: khối lượng: 10 kg/mẻ Nguyên liệu Túi bầu ươm tự hủy 6 tháng (TH6) 9 tháng (TH9) 12 tháng (TH12) 15 tháng (TH15) LDPE nguyên sinh 1,4538 1,4541 1,4544 1,4547 PE tái sinh 8,2382 8,2399 8,2416 8,2433 Tổ hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa 0,008 0,006 0,004 0,002 Phụ gia quá trình 0,2 0,2 0,2 0,2 Than đen HAF N330 0,1 0,1 0,1 0,1 Tổng 10 10 10 10 + Ảnh hưởng của tốc độ trục vít đến chiều dày màng: Chiều dày của màng được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ trục vít, các thông số cố định: Tốc độ vòng kéo 850 vòng/phút, nhiệt độ đầu vào 170oC. Kết quả được trình bày trong bảng 3.7. Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tốc độ trục vít đến chiều dày màng TT Tốc độ trục vít (vòng/phút) Chiều dày màng (μm) 1 25 25± 6,4 2 27 35 ± 5,3 3 29 52 ± 4,6 4 31 68 ± 4,7 Kết quả cho thấy khi tăng tốc độ trục vít thì chiều dày của màng tăng, ngược lại khi giảm tốc độ trục vít thì chiều dày của màng giảm. Với chiều dày màng 35μm thì độ bề va đập của màng là 12,46 KJ/m2. Vì vậy lựa chọn tốc độ trục vít 27 vòng/phút là thông số công nghệ cố định cho các nghiên cứu tiếp theo. + Ảnh hưởng của tốc độ kéo đến chiều dày của màng Để khảo sát ảnh hưởng của tốc độ vòng kéo đến chiều dày của màng, quá trình thổi đã cố định các thông số công nghệ như sau: Tốc độ trục vít 27 vòng/phút, vùng nhiệt độ có nhiệt độ đầu vào là 1700C. Tốc độ vòng kéo được thay đổi từ 700 đến 950 vòng/phút. Kết quả được trình bày trong bảng 3.8. Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tốc độ kéo đến chiều dày màng TT Tốc độ kéo (vòng/phút) Chiều dày màng (μm) 1 700 50 ± 4,9 2 750 45 ± 5,2 3 800 41 ± 6,1 4 850 35 ± 3,8 5 900 30 ± 4,7 17 6 950 25 ± 4,6 Kết quả cho thấy khi tăng tốc độ kéo thì chiều dày màng giảm. Sản phẩm bầu ươm trên thị trường hiện nay thường có chiều dày màng 30-40µm. Vì vậy lựa chọn tốc độ kéo 850 vòng/phút là thông số công nghệ cố định. + Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của màng Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của màng, quá trình thổi màng được thực hiện ở các thông số công nghệ cố định: Tốc độ vòng kéo 850 vòng/phút, tốc độ trục vít 27 vòng/phút. Nhiệt độ gia công được thay đổi từ 155oC đến 210oC. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý được trình bày trong bảng 3.9. Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của màng Chế độ gia công Nhiệt độ các vùng (oC) Tính chất 1 2 3 4 5 Độ bền kéo đứt (MPa) Độ dãn dài khi đứt (%) Chế độ 1 155 160 165 170 170 17,21 540,41 Chế độ 2 175 180 185 190 190 20,55 559,25 Chế độ 3 195 200 205 210 210 20,34 569,28 Kết quả cho thấy chuyển nhiệt độ từ chế độ 1 sang chế độ 2 thì tính chất cơ lý của màng tăng, do khi tăng nhiệt độ trên 1700C sẽ làm tăng khả năng phối trộn các hạt nhựa, thời gian kết tinh lại dài làm cho sắp xếp các mạch phân tử được định hình tốt hơn. Ngược lại khi nhiệt độ ban đầu xuống dưới 170oC, thời gian ngắn, định hình kém. 3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của AMS-1 và PAM đến tính chất của tổ hợp vật liệu chế tạo ruột bầu ươm 3.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu AMS-1 đến khả năng giữ ẩm của đất Tính thấm của đất được xác định bằng khả năng thấm ướt của đất. Tính thấm và độ ẩm của đất khi xử lý AMS-1 được chỉ ra trong hình 3.21, 3.22 dưới đây: Hình 3.21: Tính thấm của đất khi sử dụng AMS-1 Hình 3.22: Khả năng giữ nước của đất theo thời gian 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Xử lý AMS1 ĐC T ín h t h ấm c ủ a đ ất (m m /1 0 p h ú t) 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Đ ộ ẩ m đ ấ t (% ) Thời gian (ngày) ĐC xử lý AMS1 18 Sử dụng AMS-1 cho độ thấm và độ ẩm tốt hơn so với ĐC. Do AMS-1 khi được tổng hợp từ natri polyacrylat thuộc họ polyme ưa nước. Có hai nhóm quan trọng được tìm thấy trên chuỗi polyme của AMS-1 đó là nhóm –Na+ và COO- ưa nước. Khi đưa vào môi trường nước, có sự tương tác giữa polyme và dung môi, đó là sự hydrat hoá do các nhóm -COO- và ion Na+ hút các phân tử nước phân cực. [55-57]. Hình 3.23: Quá trình hấp thụ nước của AMS-1 Do trong đất có chứa nhiều các dung dịch muối khoáng khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng giữ ẩm, do vậy đã tiến hành nghiên cứu khả năng trương nở của AMS-1 trong các dung dịch muối khác nhau và kết quả nghiên cứu được chỉ ra trong bảng 3.10 dưới đây. Bảng 3.10: Khả năng trương nở của AMS-1 khi có mặt của ion kim loại (g/g) Nồng độ mM Muối 0,5 1 5 10 15 NaCl 206 188 128 102 86 KNO3 201 173 119 97 84 MgSO4 173 146 106 65 46 CaCl2 150 79 71 22 10 Từ bảng 3.10 cho thấy, khả năng trương nở trong các dung dịch muối NaCl, KNO3 cao hơn khả năng trương nở trong dung dịch CaCl2, MgSO4 ở các nồng độ tương ứng. Nguyên nhân là do các ion hóa trị II như Ca2+, Mg2+. Ngoài hiệu ứng làm giảm lực đẩy tĩnh điện còn có khả năng tạo cầu liên kết với các nhóm –COOH của chuỗi đại phân tử[56]. Hình 3.24: Cầu liên kết của AMS-1 với ion kim loại hóa trị II 3.6.2. Nghiên cứu khả năng tương tác làm bền cấu trúc đất của PAM Kết quả nghiên cứu tốc độ sa lắng của hạt đất được chỉ ra trong hình 3.25 19 dưới đây: Hình 3.25: Khả năng loại bỏ cặn lơ lửng theo thời gian Các kết quả cho thấy các hạt đất bị sa lắng ngay sau khi đưa vào ống hình trụ. Quá trình sa lắng diễn ra nhanh hơn trong khoảng thời gian tương đối ngắn 5 giây. Rõ ràng ở đây đã xảy ra quá trình tạo cầu hóa học giữa các phân tử PAM và các hạt đất khiến cho quá trình sa lắng diễn ra nhanh hơn. Khả năng liên kết làm bền cấu trúc đất của PAM được xác định qua việc phân tích kích thước các hạt đất. Kết quả nghiên cứu khả năng liên kết của PAM với các hạt đất được chỉ ra trong bảng 3.11 dưới đây: Bảng 3.11: Khả năng liên kết của PAM với các hạt đất Kích thước hạt đất (mm) > 5 5-3 3-1 1-0,25 < 0,25 >1 (có ý nghĩa) Đối chứng 7,29 5,52 16,34 45,12 25,73 29,15 Xử lý PAM 30,23 12,48 21,92 16,47 18,9 64,63 Kết quả cho thấy nhờ hiệu quả làm bền đất của vật liệu PAM nên phần trăm các hạt lớn tăng lên đáng kể, đặc biệt là cấp hạt có ý nghĩa > 1mm so với đối chứng. Như vậy, khi sử dụng PAM có ý nghĩa về mặt thực tiễn, giúp tăng cường khả năng liên kết các hạt đất. Hiệu quả tăng độ bền cấp hạt có kích thước lớn còn do các ion ái lực của PAM đối với các hạt đất qua lực hút Culong và Vanderwal và cũng do các liên kết phối trí xảy ra giữa PAM (nhóm –COO-) và các ion kim loại có trong đất [76]. Hình 3.26: Liên kết giữa PAM và các ion kim loại trong đất 0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 L ư ợ n g c ặ n s a l ắ n g ( g /1 0 0 m l) Thời gian sa lắng (giây) xử lý PAM ĐC 20 FTIR của Mg- PAM cho thấy tương tác của Mg2+ với các nhóm hữu cơ trong PAM. Pic 3348,23cm-1 đặc