Tóm tắt Luận án tiến sĩ Hóa học: Chế tạo, khảo sát một số tính chất đặc trưng, ứng dụng của vi sợi cellulose và dẫn xuất từ lùng phế thải ở Nghệ An

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm đề xuất quy trình chế tạo MFC từ phế thải cây lùng đạt kích thước micro-nano và nano; Chế tạo và khảo sát cấu trúc hóa học của vi sợi cellulose acetyl hoá; Khảo sát tính chất cơ lý (độ bền kéo đứt, độ bền uốn, độ bền va đập và độ bền mỏi) của polymer composite nền nhựa polyeste không no; Khảo sát tính chất cơ lý (độ bền kéo đứt, độ bền uốn, độ bền va đập và độ bền mỏi) của polymer composite nền nhựa epoxy;

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Hóa học: Chế tạo, khảo sát một số tính chất đặc trưng, ứng dụng của vi sợi cellulose và dẫn xuất từ lùng phế thải ở Nghệ An

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CAO XUÂN CƯỜNG CHẾ TẠO, KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG, ỨNG DỤNG CỦA VI SỢI CELLULOSE VÀ DẪN XUẤT TỪ LÙNG PHẾ THẢI Ở NGHỆ AN Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 62.44.01.14 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGHỆ AN, 2018
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Vinh Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Tạ Thị Phương Hòa 2. PGS.TS. Lê Đức Giang Phản biện 1: …………………………………………………………..... ……………………………………………………………. Phản biện 2: …………………………………………………………..... ……………………………………………………………. Phản biện 3: …………………………………………………………..... ……………………………………………………………. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại ………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………….. vào hồi ……..giờ…….phút, ngày……tháng……năm……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện quốc gia Việt Nam Thư viện Nguyễn Thúc Hào – Trường Đại học Vinh
1 MỞ ĐẦU Hiện nay, sợi thực vật là đối tượng được nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước quan tâm nghiên cứu do sợi thực vật có tính chất cơ học đặc biệt, là nguồn tài nguyên tái tạo phong phú, có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường. Trong đó, vi sợi cellulose (MFC) đã được nghiên cứu từ những năm 1980 bởi Tabark và các cộng sự. Vi sợi cellulose được hình thành trong tế bào thực vật trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây, có kích thước khoảng vài chục nanomet tới vài micromet. Vi sợi cellulose là tập hợp các mạch phân tử cellulose sắp xếp song song với trục của vi sợi, là một bó xoắn dài các phân tử được liên kết với nhau bằng các liên kết ngang hydro giữa các nhóm chức hydroxyl của các phân tử liền kề. Cấu trúc này tạo cho vi sợi có tính chất cơ học đạt gần tới giới hạn lý thuyết của các tinh thể cellulose hoàn thiện. Độ bền kéo của vi sợi có thể đạt 2GPa, modun kéo đạt 140 GPa. Như vậy, về mặt lý thuyết, vật liệu có sử dụng MFC sẽ có tính chất cao hơn rất nhiều so với sợi thực vật thông thường. Do vi sợi cellulose có kích thước nhỏ, diện tích bề mặt lớn, độ bền cơ học cao nên vi sợi có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất giấy, thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, vật liệu compozit, xử lý môi trường, …. Nghiên cứu chế tạo vi sợi cellulose và dẫn xuất của vi sợi cũng như nghiên cứu các ứng dụng của chúng mới phát triển trong những năm gần đây ở trên thế giới. Trong khi đó, Việt Nam là nước có nguồn nguyên liệu sợi thực vật rất phong phú và dồi dào nhưng mới có rất ít công nghiên cứu chế tạo vi sợi cellulose có kích thước micro và bước đầu ứng dụng trong chế tạo vật liệu polyme compozit [2]. Các nghiên cứu đã công bố cho thấy rằng việc đưa vi sợi cellulose vào một số vật liệu sẽ tăng cường độ bền, độ cứng và độ bền nhiệt của vật liệu. Cây lùng (Bambusa longissima) là một trong 69 loài tre đặc hữu của Việt Nam. Phân bố từ tây nam tỉnh Sơn La (huyện Mộc Châu), qua phía tây tỉnh Thanh Hóa (huyện Quang Hóa, Lang Chánh) đến miền tây tỉnh Nghệ An (huyện Anh Sơn, Quỳ Châu, Quế Phong); phía tây Quảng Bình (Quảng Ninh, Lệ Thủy). Do thân có lóng rất dài nên được dùng để đan phên cót, tăm mành. Lùng còn dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến ván ép, làm sợi, làm giấy và để đan lát làm hàng mỹ nghệ. Người dân chủ yếu sử dụng thân cây lùng để đan lát làm hàng mỹ nghệ phục vụ xuất khẩu nhưng mới chỉ sử dụng được 30% khối lượng, còn lại là phế thải hoặc làm nhiên liệu. Do đó, để tận dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ và góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu chế tạo, khảo sát ứng dụng của vi sợi và dẫn xuất của vi sợi cũng như làm tăng giá trị kinh tế của cây lùng ở Nghệ An, chúng tôi chọn đề tài: “Chế tạo, khảo sát một số tính chất đặc trưng, ứng dụng của vi sợi cellulose và dẫn xuất từ lùng phế thải ở Nghệ An”. Mục tiêu của đề tài - Chế tạo vi sợi cellulose và vi sợi cellulose acetate có kích thước micro-nano và nano từ nguyên liệu là phế thải cây lùng ở Nghệ An;
2 - Sử dụng vi sợi cellulose và vi sợi cellulose acetate trong gia cường vật liệu polymer composite và hấp phụ ion kim loại nặng. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án - Đề xuất quy trình chế tạo MFC từ phế thải cây lùng đạt kích thước micro-nano và nano; - Chế tạo và khảo sát cấu trúc hóa học của vi sợi cellulose acetyl hoá; - Khảo sát tính chất cơ lý (độ bền kéo đứt, độ bền uốn, độ bền va đập và độ bền mỏi) của polymer composite nền nhựa polyeste không no; - Khảo sát tính chất cơ lý (độ bền kéo đứt, độ bền uốn, độ bền va đập và độ bền mỏi) của polymer composite nền nhựa epoxy; - Bước đầu khảo sát khả năng hấp phụ của vi sợi và vi sợi acetyl hóa theo mô hình Langmuir. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và đóng góp mới của luận án - Chế tạo được MFC có kích thước micro-nano và kích thước dưới 100 nanomet (nano) từ phế thải của cây lùng ở Nghệ An; - Điều chế, khảo sát cấu trúc hóa học của vi sợi acetyl hóa từ MFC và anhydride acetic với xúc tác N-bromsucxinimit; - Đã sử dụng vi sợi và vi sợi acetyl hóa để cải thiện đáng kể một số tính chất cơ lý của vật liệu polymer composite trên nền nhựa polyeste không no và nhựa epoxy; - Bước đầu khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại Cu2+ của vi sợi và vi sợi acetyl hóa. Cấu trúc luận án Luận án bao gồm phần Mở đầu, 3 chương, Kết luận và tài liệu tham khảo. Toàn bộ luận án được trình bày trong 137 trang, 23 bảng, 64 hình và đồ thị, 122 tài liệu tham khảo. Trong đó, Mở đầu: 3 trang, Chương 1 – Tổng quan: 33 trang, Chương 2 – Thực nghiệm: 22 trang, Chương 3 – Kết quả và thảo luận: 53 trang, Kết luận và kiến nghị: 2 trang, Tài liệu tham khảo 12 trang. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong phần này chúng tôi trình bày các kết quả nghiên cứu và lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực chế tạo vi sợi cellulose, cellulose acetyl hóa, ứng dụng của sợi thực vật, vi sợi cellulose và cellulose acetyl hóa. Tổng quan bao gồm: - Cấu trúc phân tử, hình thái cấu trúc của vi sợi cellulose; - Sợi thực vật, vi sợi cellulose và ứng dụng của chúng; - Phương pháp chế tạo vi sợi cellulose từ sợi thực vật; - Acetyl hóa cellulose và ứng dụng của cellulose acetate. Dựa trên các kết quả phân tích tài liệu tham khảo thu thập được, các đối tượng chính của luận án đã được chúng tôi xác định và nghiên cứu.
3 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu 2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất - Phế thải cây lùng (Bambusa longissima) được thu gom tại các hộ gia đình đan lát mỹ nghệ truyền thống của công ty TNHH Đức Phong tại xã Nghi Thái, xã Nghi Phong, xã Phúc Thọ, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An. - Anhydride acetic: loại tinh thiết sản xuất tại Tây Ban Nha. - N-Bromosuccinimid: loại tinh thiết, được sản xuất bởi hãng Merck (Đức). 2.1.2. Thiết bị - Bộ thiết bị phản ứng hóa học; - Máy đánh siêu âm; - Máy nghiền bi Ball Mill Of Planetary Type, Model: ND2L, Trung Quốc. 2.2. Phương pháp chế tạo vi sợi 2.2.1. Phương pháp tiền xử lý 2.2.1.1. Phương pháp xử lý bằng kiềm Quá trình xử lý lùng phế thải bằng phương pháp xử lý với dung dịch NaOH và khảo sát điều kiện tối ưu bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bằng phần mềm Design Expert 7.0. Sợi sau khi xử lý kiềm được rửa sạch bằng nước tới khi đạt pH = 7. 2.2.1.2. Phương pháp nấu bột giấy Phế thải của cây lùng ở dạng sợi được cắt thành các đoạn nhỏ khoảng 3 - 5 cm rồi được đưa đi nấu bột giấy theo phương pháp sunphat tại Viện công nghiệp giấy và xenlulo thành bột giấy có chỉ số Kappa = 21. Bột giấy được bảo quản trong tủ lạnh tránh bị hư hỏng do vi khuẩn. 2.2.2. Phương pháp nghiền cơ học 2.2.2.1. Phương pháp nghiền bằng máy nghiền hành tinh Quy trình chế tạo và phân tán MFC trong PEKN được tiến hành bằng máy nghiền hành tinh với số lượng bi nghiền dùng theo chế độ khuyến khích của máy: 40 bi nghiền ∅ 10 mm; 150 bi nghiền ∅ 6 mm. 2.2.2.2. Phương pháp nghiền bằng máy nghiền mặt đá Bột giấy có chỉ số Kappa 21 được ngâm trong nước để rã đông. Sau đó, bột giấy được đưa vào máy nghiền mặt đá để nghiền. Máy nghiền mặt đá có mặt trên nặng 19 kg. Trong quá trình nghiền bổ sung nước. Mẫu được xay nhiều lần để giảm kích thước sợi. Mẫu được lấy tại các lần nghiền khác nhau để xác định kích thước sợi. 2.2.2.3.. Phương pháp đánh siêu âm Bột giấy có chỉ số Kappa 21 được ngâm trong nước với hàm lượng 1% bột khô. Sau khi bột giấy rã đông, dùng máy xay sinh tố để đánh tơi. Hỗn hợp thu được được đánh bằng máy siêu âm. 2.2.2.4. Phương pháp nghiền lạnh bằng máy nghiền mặt đá Bột giấy có chỉ số Kappa 21 được ngâm trong nước để rã đông. Sau đó, bột giấy được đưa vào nitơ lỏng trong thời gian 10 phút. Mẫu sau khi đã được đông đá bằng
4 nitơ lỏng được nghiền bằng máy nghiền mặt đá. Máy nghiền mặt đá có mặt trên nặng 19 kg. Trong quá trình nghiền bổ sung nitơ lỏng để mẫu luôn được lạnh. Mẫu được xay nhiều lần để giảm kích thước sợi. Mẫu được lấy tại các lần nghiền khác nhau để xác định kích thước sợi. 2.2.2.5. Phương pháp nghiền bằng máy nghiền mặt đá và đánh siêu âm Bột giấy sau khi được nghiền 30 lần bằng máy nghiền mặt đá được đồng hóa bằng máy đánh siêu âm. Hiệu suất 80%. 2.3. Acetyl hóa vi sợi Cho 20 g MFC vào bình cầu 3 cổ dung tích 250 ml chứa 100 ml (CH3CO)2O có lắp ống sinh hàn hồi lưu và nhiệt kế, phản ứng acetyl hóa được thực hiện với xúc tác lần lượt là H2SO4 đặc và NBS, ở 80oC, hỗn hợp được khuấy bằng máy khuấy từ gia nhiệt trong thời gian 5 giờ. Sau phản ứng, sản phẩm được kết tủa trong dung dịch NaCl bão hòa ở nhiệt độ thường, rửa sản phẩm đến trung tính sau đó được sấy khô trong tủ sấy chân không ở 80oC. 2.4. Phương pháp chế tạo mat sợi lùng 2.5. Phương pháp chế tạo vật liệu polymer composite 2.5.1. Phương pháp gia công polymer composite Vật liệu PC được gia công bằng phương pháp lăn ép bằng tay và phương pháp túi chân không (vacuum bagging). 2.5.2. Phương pháp chế tạo polymer composite nền polyeste không no Sợi thực vật sau khi xử lý bằng phương pháp nấu bột giấy được phân tán vào nhựa nền PEKN bằng phương pháp nghiền trên máy nghiền hành tinh với hàm lượng 3% với vận tốc 450 vòng/phút, trong thời gian 24 giờ. Các mẫu có hàm lượng thấp hơn được pha loãng từ hàm lượng 3% bằng PEKN. Nhóm PEKN/MFC: Mẫu PEKN có MFC với tỉ lệ khối lượng MFC/PEKN lần lượt là 0%, 0,3%, 0,5%, 0,7% và 1% đóng rắn bằng chất khơi mào V388 ở nhiệt độ thường trong 12 giờ, sấy ở 70oC trong 4 giờ (nhóm 1). Nhóm PEKN-GM/MFC: Chế tạo các mẫu composite gia cường 48% mat thủy tinh bằng phương pháp lăn tay với hàm lượng MFC và quy trình đóng rắn giống nhóm 1. Nhóm PEKN-GV/MFC: Tiến hành chế tạo các mẫu composite gia cường 48% mat thủy tinh bằng phương pháp túi hút chân không với hàm lượng MFC và quy trình đóng rắn giống nhóm 1. Nhóm PEKN-G,L/MFC: Mẫu polymer composite lai tạo PEKN/mat thủy tinh – mat sợi lùng với 04 lớp mat sợi lùng làm lõi và 02 lớp mat thủy tinh làm vỏ ngoài, tỉ lệ mat thủy tinh – mat lùng/PEKN = 48% theo khối lượng, tỉ lệ khối lượng mat thủy tinh/mat lùng = 1 bằng phương pháp túi hút chân không với hàm lượng MFC và quy trình đóng rắn giống nhóm 1. 2.5.3. Phương pháp chế tạo polymer composite nền nhựa epoxy Vi sợi cellulose và vi sợi cellulose acetyl hóa được phân tán vào nhựa nền epoxy với hàm lượng 2% theo phương pháp trao đỏi dung môi. Sau đó, phân tán vào nhựa
5 epoxy bằng máy khuấy ở tốc độ cao, sấy chân không ở 60oC tới khối lượng không đổi. Nhóm EP-L/MFC: Vật liệu PC nhựa nền epoxy với cốt sợi lùng hàm lượng 15% (so với khối lượng nhựa epoxy) được gia cường bằng MFC với các hàm lượng so với khối lượng nhựa epoxy tương ứng là 0%, 0,2%, 0,4%, 0,6% và 0,8% được trộn với chất khâu mạch PEPA theo tỉ lệ khối lượng PEPA/nhựa epoxy là 10% (nhóm 1). Nhóm EP-G/MFC: Vật liệu PC nhựa nền epoxy với cốt sợi mat thủy tinh hàm lượng 30% (so với khối lượng nhựa epoxy) và tiến hành giống nhóm 1. Nhóm EP-L,G/MFC: Vật liệu PC nhựa nền epoxy với cốt sợi lai tạo mat thủy tinh và sợi lùng hàm lượng 30% (tỷ lệ khối lượng mat thủy tinh/sợi lùng =1) và tiến hành giống nhóm 1. Nhóm EP-G, L/CA: Vật liệu PC nhựa nền epoxy với cốt sợi lai tạo mat thủy tinh và sợi lùng hàm lượng 30% (tỷ lệ khối lượng mat thủy tinh/sợi lùng =1) và tiến hành giống nhóm 1. Quá trình đóng rắn của tất cả các mẫu được tiến hành ở nhiệt độ thường trong 48 giờ. Sau khi tháo khuôn, vật liệu được sấy trong tủ sấy chân không ở 70oC trong 4 giờ, để nguội và sau đó được xác định tính chất cơ lý. 2.6. Phương pháp xác định thành phần hóa học 2.6.1. Xác định hàm lượng lignin không tan trong acid 2.6.2. Xác định hàm lượng cellulose bằng phương pháp Klursher – Hofft 2.6.3. Xác định hàm lượng pentozan 2.7. Phương pháp xác định tính chất, cấu trúc Cấu trúc được xác định bằng phương pháp IR, 1H, 13C. Hình thái học của vật liệu được xác định bằng phương pháp SEM, FESEM. Độ bền nhiệt của vật liệu TGA, DGA. Cấu trúc tinh thể được xác định bằng phương pháp XRD. Mức độ tinh thể được tính theo phương trình của Segal. Độ thế được xác định bằng phương pháp phổ 1H-NMR và phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch NaOH. 2.8. Phương pháp xác định độ bền cơ lý vật liệu polymer composite Độ bền cơ lý vật liệu polymer composite được xác định bằng các tính chất: - Độ bền kéo được xác định theo tiêu chuẩn ISO 527-1993; - Độ bền uốn được xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO178-1993(E); - Độ bền va đập được xác định theo tiêu chuẩn ISO 180 & ASTM D256; - Độ bền mỏi động được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D3479-96 (2007). 2.9. Phương pháp khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu2+ Khả năng hấp phụ ion Cu2+ được xác định theo phương pháp khảo sát tĩnh được đánh giá theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Hàm lượng ion Cu2+ trong dung dịch được xác định bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS.
6 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Chế tạo vi sợi cellulose 3.1.1. Phương pháp tiền xử lý phoi phế thải của lùng Để loại bỏ bớt lượng lignin, hemicellulose, pectin, chúng tôi lựa chọn xử lý bằng kiềm và nấu bột giấy. Trong đó quan trọng nhất là loại bớt hàm lượng lignin. 3.1.1.1. Phương pháp xử lý bằng kiềm Để lựa chọn điều kiện tối ưu quá trình xử lý kiềm, chúng tôi tiến hành quy hoạch hoá thực nghiệm theo mô hình thực nghiệm trực giao bậc 2 của Box-Behnken với dung dịch NaOH lần lượt 0,1N, 0,55N và 1N ở nhiệt độ 55oC và 80oC trong thời gian từ 3 đến 5 tiếng. Kết thu được phương trình tương quan theo mức độ thực của các biến độc lập (nhân tố): Y = 39,15288 – 0,14856*Z1 – 0,086441*Z2 – 0,63607*Z3 – 0,090148*Z1Z2 – 0,084667*Z1Z3 – 1,42667*10-4*Z2Z3 + 9,03909*Z12 + 7,52074*10-4*Z22 + 5,06467*10-3*Z32. (1) Trong đó: Y: hàm lượng lignin (%); Z1: Nồng độ dung dịch NaOH (N); Z2: Thời gian xử lý (phút); Z3: Nhiệt độ xử lý (oC). Dựa trên mô hình xây dựng được, phân tích tối ưu hóa quá trình tách lignin nhằm đạt được hiệu quả tách tối đa. Kết quả phân tích thu được nồng độ NaOH 0,1N, thời gian 69,69 phút, nhiệt độ 64,62oC phương án cho giá trị hiệu quả tách cao 10,7811 %. Kết quả kiểm định được thực hiện các lần khác nhau cho thấy kết quả thu được từ thực nghiệm tương đương với kết quả lý thuyết tính toán từ mô hình. 3.1.1.2. Phương pháp nấu bột giấy Để thu được bột giấy có chỉ số Kappa = 21 phoi lùng được xác định độ ẩm, tính lượng hóa chất sử dụng: kiềm hoạt tính; độ sunfua, và nước, nạp nguyên liệu và hóa chất vào nồi, nắp nồi vào thiết bị nấu, cài đặt chế độ gia nhiệt, bảo ôn ở nhiệt độ tối đa, dỡ nồi, rửa bột và vắt khô. 3.1.1.3. Thành phần hóa học của phoi lùng sau khi xử lý Bảng 3.5. Thành phần hóa học của phoi lùng sau xử lý Thành phần hóa học Cellulose (%) Lignin (%) Pentozan (%) Phoi cây lùng 49,30 28,73 18,67 Phoi sau xử lý bằng dung 70,18 12,43 12,18 dịch NaOH 1N Phoi sau xử lý bằng phương pháp nấu bột giấy 86,66 5,24 5,48 (P=21) Hàm lượng lignin, pentozan sau khi nấu bột giấy thấp nhất (lần lượt 5,24% và 5,48%).
7 3.1.1.4. Hình thái học của phoi lùng sau khi xử lý Hình thái bề mặt của phoi lùng sau khi xử lý bằng kiềm và phương pháp nấu bột giấy được thể hiện ở hình 3.3. (a) (b) Hình 3.3. Ảnh SEM của phoi lùng sau khi xử lý (a) phương pháp xử lý kiềm; (b) phương pháp nấu bột giấy Kết quả hình 3.3 cho thấy quá trình tiền xử lý bằng cả hai phương pháp đều thu được đường kính sợi tập trung trong khoảng từ 10 đến 20 µm. Tuy vậy, phoi lùng sau khi xử lý nấu bột giấy cho thấy bề mặt sợi trơn và sạch hơn. 3.1.1.5. Khảo sát cấu trúc hóa học bằng phổ hồng ngoại (IR) Từ phổ hồng ngoại của phoi lùng trước và sau khi xử lý có thể thấy các dải hấp thụ quan trọng nhất đặc trưng cho cellulose. Sự khác biệt giữa phoi lùng trước xử lý và sau khi xử lý (xử lý kiềm và nấu bột giấy) là pic ở 1732,08 cm-1 (của nhóm carbonyl) xuất hiện trong phoi lùng trước khi xử lý và bị mất đi sau quá trình xử lý. Điều này chứng tỏ quá trình xử lý đã loại bỏ được lignin. Xu ly kiem Phoi 0.250 Nau bot giay Bot giay Lung phe thai Kiem 0.225 500 500 500 0.200 0.175 400 400 400 0.150 Abs 300 300 300 0.125 0.100 200 200 200 0.075 0.050 100 100 100 0.025 0 0 0 0.000 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0 10 20 30 40 50 60 70 1/cm 2 theta Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của phoi lùng và Hình 3.5. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) phoi lùng qua xử lý của phoi lùng trước và sau xử lý 3.1.1.6. Khảo sát cấu trúc tinh thể Kết quả đo cấu trúc tinh thể bằng phương pháp XRD cho thấy, hình dạng phổ XRD của phoi lùng chưa xử lý và phoi lùng xử lý bằng phương pháp nấu bột giấy, phương pháp xử lý bằng kiềm gần như thay đổi không đáng kể. Hàm lượng tinh thể (bảng 3.6) cho thấy sau khi xử lý bằng kiềm và nấu bột giấy thì hàm lượng tinh thể tăng lên lần lượt từ 61,26% lên 76,02% và 79,84% Kết quả này cho thấy sau khi lignin và các thành phần khác bị tách ra, các sợi cellulose có xu hướng sắp xếp lại.
8 Tiểu kết: Xử lý phoi lùng bằng kiềm và nấu bột giấy đều đã loại bỏ một phần lignin và các thành phần khác. Trong đó, khi xử lý bằng nấu bột giấy thì hàm lượng lignin trong sợi còn lại là 5,24% và hàm lượng pentozan còn lại là 5,48% (thấp hơn so với xử lý phoi lùng bằng kiềm), bề mặt sợi sạch và nhẵn hơn, hàm lượng tinh thể cao hơn. Như vậy, xử lý phoi lùng bằng nấu bột giấy cho kết quả tốt hơn so với xử lý bằng kiềm. 3.1.2. Quá trình nghiền cơ học 3.1.2.1. Nghiền trên máy nghiền bi hành tinh a. Ảnh hưởng của tốc độ nghiền đến khả năng chế tạo Điều kiện nghiền được tiến hành cùng thời gian nghiền 24 giờ với các tốc độ 220 vòng/phút, 350 vòng/phút, 450 vòng/phút. Kết quả cho thấy Ở vận tốc 450 vòng/phút, kích thước sợi trung bình đạt được là 400 - 500 nm. Có nhiều sợi có kích thước trong khoảng 100 - 200 nm (hình 3.7). Hình 3.6.a Hình 3.7.a Hình 3.7.b Ảnh SEM chụp khả năng chế tạo và phân tán MFC trong PEKN sau 24 giờ ở vận tốc 220 vòng/phút (hình 3.6.a), 350 vòng/phút (hình 3.7.a) và 450 vòng/phút (hình 3.7.b) b. Ảnh hưởng của thời gian nghiền tới kích thước vi sợi a- 14 giờ nghiền b-18 giờ nghiền c-24 giờ nghiền d-30 giờ nghiền Hình 3.8. Sự phân tán của bột giấy trong PEKN theo thời gian với vận tốc 450 vòng/phút
9 Chế độ nghiền 450 vòng/phút, sau 14 giờ, 18 giờ, 24 giờ, 30 giờ lấy mẫu, đem đóng rắn rồi tiến hành chụp SEM đo kích thước MFC trong PEKN, sau 24 giờ, kích thước sợi trung bình đạt được từ 100 nm đến 1 µm, tập trung chủ yếu trong khoảng 400 - 500 nm (hình 3.8). 3.1.2.2. Nghiền trên máy nghiền mặt đá Sau 45 lần nghiền, đường kính của các sợi tập trung chủ yếu từ 100 nm đến 500 nm (hình 3.12.b). Hình 3.12.a cho thấy sợi đường kính tập trung trong khoảng từ 2 µm đến 5 µm, có một số sợi đường kính lớn hơn 10 µm, một số sợi có đường kính nhỏ đường kính khoảng 300 nm. (a) (b) Hình 3.12. Ảnh SEM của lùng phế thải đã qua xử lý sau 45 lần nghiền; (a) Xử lý kiềm, (b) Nấu bột giấy (độ phóng đại 35.000 lần) 3.1.2.3. Nghiền lạnh với máy nghiền mặt đá Hình 3.13. Ảnh SEM mẫu nấu bột giấy sau 1 lần nghiền lạnh Hình 3.14. Ảnh SEM mẫu nấu bột giấy sau 5 lần nghiền lạnh Hình 3.13. cho thấy sau 1 lần nghiền mẫu bị cuộn lại thành các viên nhỏ có đường kính 500 µm. Sợi có kích thước nhỏ hơn từ 1 µm đến 3 µm, xuất hiện một số sợi có đường kính từ 500 nm đến vài micromet. Hình 3.14 cho thấy sau 5 lần nghiền xuất hiện một số sợi có đường kính trong khoảng 100 nm đến 300 nm.
10 Hình 3.15 cho thấy sau 15 lần nghiền các bó sợi có đường kính tập trung trong khoảng từ 300 nm đến 500 nm bên cạnh đó có một số bó sợi có đường kính khoảng 1 µm. Có nhiều sợi có đường kính vài chục nm tách ra từ các bó sợi. Hình 3.15. Ảnh SEM mẫu nấu bột giấy sau 15 lần nghiền lạnh Kết quả cho thấy quy trình chế tạo sợi theo phương pháp máy nghiền bi hành tinh thu được các sợi có đường kính đồng đều cao hơn so với quy trình sử dụng máy nghiền mặt đá, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu vừa chế tạo vi sợi vừa trộn vi sợi vào nhựa nền. Bề mặt đá của máy nghiền mặt đá cho triển vọng để làm thiết bị chế tạo vi sợi với giá thành rẻ hơn các thiết bị nhập ngoại với chi phí cao hơn. 3.1.2.4. Phương pháp khuấy siêu âm sau khi nấu bột giấy Phoi lùng sau xử lý bằng phương pháp nấu bột giấy được đánh tơi bằng máy xay. Sau khi được đánh tơi mẫu được tiến hành khuấy siêu âm với chế độ: chu kỳ khuấy 30 giây tạm dừng 5 giây, thời gian khuấy 8 giờ, công suất khảo sát lần lượt là 50%, 80%, 100%. Hình 3.16. Ảnh SEM của MFC với công suất máy siêu âm 50% Hình 3.16 cho thấy với khuấy siêu âm bằng 50% công suất của máy, các sợi bắt đầu bị tách ra, đường kính sợi còn lớn khoảng 2 µm đến 10 µm. Các sợi có đường kính nhỏ hơn 1 µm không tách rõ rệt. Hình 3.17. Ảnh SEM của MFC với công suất máy siêu âm 80% Phương pháp khuấy siêu âm cho các sợi có kích thước lớn hơn so với các phương pháp khác đã sử dụng (khoảng 4 µm đến 16 µm với công suất 80%; khoảng 2 µm đến
11 11 µm với công suất 100%) nhưng lại cho sợi có bề mặt nhẵn và kích thước đồng đều hơn. Hình 3.18. Ảnh SEM của MFC với công suất máy siêu âm 100% 3.1.2.5. Phương pháp nghiền bằng máy nghiền mặt đá và đánh siêu âm Từ các kết quả thu được ở trên, chúng tôi tiến hành nghiền bằng máy nghiền mặt đá sau đó được đồng hóa bằng phương pháp siêu âm. Hình 3.19 cho thấy, sợi thu được sau khi được nghiền bằng máy nghiền mặt đá và tiếp tục khuấy siêu âm có kích thước đồng đều hơn, đường kính các sợi tập trung trong khoảng 50 nm, bề mặt sợi khá nhẵn. Hình 3.19. Ảnh SEM của MFC thu được khi kết hợp nghiền bằng máy nghiền mặt đá và khuấy siêu âm Tiểu kết: Từ các kết quả khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp chế tạo đến kích thước và bề mặt vi sợi thu được ở trên, chúng tôi thấy: - Phương pháp nghiền hành tinh phù hợp để chế tạo vi sợi cellulose ứng dụng làm vật liệu polymer composite nền polyeste không no. - Kết quả quy trình chế tạo vi sợi cellulose từ phế thải cây lùng bằng phương pháp cơ học: Phương Phương pháp TT pháp tiền Thông số nghiền Đường kính sợi nghiền xử lý 1 Nghiền hành tinh: Thời gian: 14 giờ 5 µm 2 Vận tốc: 450 Thời gian: 18 giờ 1 µm Nấu bột 3 vòng/phút Thời gian 24 giờ 400 - 500 nm giấy từ 200 nm đến 4,5 4 (P=21) Máy nghiền mặt Số lần nghiền: 1 lần µm đá 5 Số lần nghiền: 15 lần từ 1 µm đến 3 µm
12 tập trung trong khoảng từ 100 nm đến 800 nm đường kính của sợi 6 Số lần nghiền: 30 lần tập trung từ 100 nm đến 200 nm 3.2. Acetyl hóa vi sợi cellulose 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác Vi sợi cellulose được acetyl hóa bằng anhydride acetic với xúc tác H2SO4 và N- bromsucxinimit (NBS) theo quy trình được mô tả trong phần thực nghiệm. Kết quả xác định độ acetyl hoá của vi sợi cellulose acetate được trình bày ở bảng 3.7. Bảng 3.7. Kết quả xác định độ acetyl hoá (DS) với xúc tác H2SO4 và NBS Thời gian phản ứng 1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ 5 giờ Xúc tác NBS 1,1 1,9 2,4 2,7 2,8 Xúc tác H2SO4 1,5 2,2 2,5 2,7 2,8 Mẫu xử lý với xúc tác NBS trong thời gian 3 giờ được kiểm tra bằng phương pháp phổ 1H-NMR. Phổ được xử lý tính toán bằng phần mềm origin 8.0. Kết quả tính toán diện tích các pic được trình bày ở bảng 3.8. Bảng 3.8. Kết quả tính diện tích pic phổ 1H-NMR Bước nhày Bước nhày Diện tích STT Diện tích (Aλ) STT (λ) (λ) (Aλ) 1 1,87 3,43231 6 4,00 1,50005 2 1,94 4,23171 7 4,23 1,75352 3 2,14 5,52651 8 4,54 1,59595 4 3,66 1,96858 9 4,66 1,62135 5 3,82 1,40423 10 5,06 1,09115 Độ thế được tính như sau: 7 × (3,43231 + 4,23171 + 5,52651) 𝐷𝑆 = ≈ 2,3 3 × (1,96858 + 1,40423 + 1,50005 + 1,75352 + 1,59595 + 1,62135 + 1,09115) Nhận xét: mức độ acetyl hoá cellulose tăng dần theo thời gian phản ứng. Trong khoảng thời gian đầu (từ 1 giờ đến 3 giờ) tốc độ phản ứng acetyl hoá lớn hơn nên giá trị DS tăng nhanh hơn, trong khoảng thời gian sau (từ 3 giờ đến 5 giờ) tốc độ phản ứng acetyl hoá xảy ra chậm hơn nên giá trị DS tăng chậm và sau 4 giờ phản ứng DS tăng không đáng kể. Trong đó, khi dùng xúc tác H2SO4 thì ở khoảng 2 giờ phản ứng ban đầu DS tăng nhanh hơn so với khi dùng xúc tác NBS. 3.2.2. Cơ chế của phản ứng acetyl hóa Trong luận án này, chúng tôi trình bày cơ chế phản ứng acetyl hóa cellulose với xúc tác NBS trên cơ sở cơ chế phản ứng acetyl hóa hemicellulose đã được công bố [107]. Trong đó, NBS đóng vai trò tác nhân sinh ra ion Br+ hoạt hóa nhóm carbonyl của anhydride acetic tạo thành CH3COOBr là một tác nhân nucleophin mạnh.
13 3.2.3. Khảo sát cấu trúc hóa học của cellulose acetyl hóa 3.2.3.1. Khảo sát cấu trúc hóa học bằng phổ hồng ngoại Phoi Phổ hồng ngoại của vi sợi XT NBS XT axit cellulose trước và sau khi xử lý 0.30 1.8 0.18 acetyl hóa bằng xúc tác NBS và 0.25 1.6 0.16 acid (hình 3.21) cho thấy đều có 1.4 1.2 0.14 0.20 0.12 dải hấp thụ chung trong vùng 1.0 0.15 0.8 0.10 3300-3500, 2901, 1647, 1454, 0.6 0.10 0.08 1060, 607 (cm-1). Vùng hấp thụ 0.4 0.2 đặc trưng cho dao động hoá trị 0.05 0.06 0.0 của liên kết O-H trong các nhóm 0.04 0.00 -0.2 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 hydroxyl (OH) bị thu hẹp lại -1 Hình 3.21. Phổ hồng ngoại của vi sợi cellulose (3300-3500 cm ). trước và sau khi acetyl hóa bằng xúc tác NBS và acid Sự xuất hiện của một đỉnh hấp thụ mới với cường độ mạnh ở 1732 cm-1 (xúc tác NBS), 1756 cm-1 (xúc tác acid) đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết đôi C=O và đỉnh hấp thụ ở 1257 cm-1 (xúc tác NBS), 1242 cm-1 (xúc tác acid) đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết đơn C-O trong nhóm este, đỉnh hấp thụ ở 1373 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm metyl (CH3COO).Các dữ liệu đó đã chứng minh rằng, phản ứng giữa các nhóm hydroxyl (OH) trong phân tử cellulose với anhydride acetic đã xảy ra dẫn đến sự tạo thành liên kết este trong phân tử cellulose acetate. 3.2.1.2. Khảo sát cấu trúc hóa học bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân Trong phổ 1H-MNR của MFC acetate (hình 3.22) có các tín hiệu của proton của nguyên tử H trong phân tử cellulose [1]: H1 (4,66 ppm), H2 (4,54 ppm), H3 (5,06 ppm), H4 (3,66 ppm), H5 (3,82 ppm) và H6 (4,00 ppm). Ngoài ra, còn có tín hiệu proton trong nhóm acetyl (CH3CO) ở các nguyên tử C2 (1,94 ppm), C3 (1,87 ppm) và C6 (2,14 ppm). Hình 3.22. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H của vi sợi cellulose acetate (DS=2,3) Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C và DEPT có các tín hiệu đặc trưng cho 6 nguyên tử carbon của cellulose: C1 (99,2 ppm), C2 (71,3 ppm), C3 (72,1 ppm), C4
14 (75,9 ppm), C5 (71,3 ppm) và C6 (62,1 ppm). Ngoài ra, còn có các tín hiệu đặc trưng cho nguyên tử carbon carbonyl trong nhóm acetyl thế nhóm OH ở nguyên tử C2 (169,0 ppm), C3 (169,3 ppm) và C6 (170,2 ppm). Các dữ liệu phổ 1H và 13C ở trên cho thấy các nhóm OH ở nguyên tử carbon số 2, 3 và 6 đã phản ứng với anhydride acetic tạo thành cellulose acetate. 3.2.4. Khảo sát hình thái học của cellulose acetyl hoá Hình 3.24. Ảnh SEM của vi sợi cellulose acetyl hóa xúc tác acid (DAc=2,8) Quan sát bề mặt xốp của vi sợi cellulose acetate trên ảnh SEM với độ phóng đại 10.000 (hình 3.24.a) và 50.000 lần (hình 3.24.b). Như vậy, đã có sự thay đổi đáng kể bề mặt của vi sợi sau khi acetyl hóa bằng anhydride acetic. Hình 3.25. Ảnh SEM của vi sợi cellulose acetyl hóa xúc tác NBS Hình 3.25 cho thấy sợi cellulose sau khi acetyl hóa có bề mặt trơn hơn và vẫn giữ nguyên cấu trúc sợi. 3.2.5. Khảo sát cấu trúc tinh thể Xen-Ax Xen-NBS Hình 3.26 cho thấy sợi 250 250 cellulose acetyl hóa bằng xúc tác NBS không khác nhiều so với phổ XRD của MFC, trong 200 200 khi với xúc tác H2SO4 đặc có sự Xen-NBS 150 150 Xen-Ax 100 100 thay đổi về mặt hình dạng. Kết quả khảo sát cấu trúc tinh thể 50 50 phù hợp với kết quả khảo sát 0 0 hình thái học của cellulose 0 10 20 30 40 50 60 70 acetyl hóa bằng xúc tác H2SO4 2 theta và NBS ở trên. Hình 3.26. Phổ XRD của sợi cellulose acetyl hóa
15 3.2.6. Khảo sát độ bền nhiệt Từ giản đồ TGA của mẫu cellulose acetate có DS=2,3 (hình 3.27) ta thấy trong vùng nhiệt độ khảo sát xuất hiện hai quá trình thay đổi khối lượng và đều là giảm khối lượng, hiện tượng thay đổi khối lượng xảy ra với hai bước kế tiếp, không tách rời khỏi nhau. Tỷ lệ hao hụt khối lượng Hình 3.271. Phổ TGA của vi sợi cellulose tương ứng là 5,21% và 64,24%. acetyl hoá (DS=2,3) Trên giản đồ vi phân DrTGA cho thấy mẫu phân hủy mạnh ở 340oC. Tiều kết: Quá trình acetyl hóa cellulose bằng xúc tác NBS gần như không làm biến đổi đến cấu trúc tinh thể của cellulose, phù hợp hơn xúc tác acid H2SO4 đặc trong ứng dụng của vật liệu cellulose acetate. 3.3. Nghiên cứu ưng dụng của vi sợi cellulose và dẫn xuất 3.3.1. Chế tạo vật liệu polymer composite nền polyeste không no 3.3.1.1. Ảnh hưởng của MFC và phương pháp gia công đến độ bền kéo đứt Kết quả ở bảng 3.11 cho thấy trong nhóm PEKN-GV/MFC và PEKN-G,L/MFC, các mẫu gia cường 0,3% MFC có độ bền kéo đứt cao nhất. Bảng 3.11. Độ bền kéo đứt (MPa) của vật liệu polymer composite nền PEKN. Hàm lượng PEKN- PEKN- PEKN- PEKN/MFC MFC GM/MFC GV/MFC G,L/MFC 0% 43,33 165,82 185,66 82,30 0,3% 34,85 150,65 208,33 86,70 0,5% 25,89 137,41 194,12 85,45 0,7% 13,87 126,28 168,51 64,89 1% 9,45 105,89 159,33 57,65 Các mẫu thuộc nhóm PEKN-GV/MFC có độ bền kéo cao hơn các mẫu thuộc nhóm PEKN-GM/MFC chứa cùng hàm lượng MFC, độ bền kéo cao hơn từ 11,96% đến 50,47%. Trong đó, với hàm lượng MFC 0,3%, mẫu PEKN-GV/MFC có độ bền kéo đứt cao hơn mẫu PEKN-GM/MFC 38,29%. Các mẫu thuộc nhóm PEKN-GM/MFC có độ bền kéo đứt cao hơn các mẫu thuộc nhóm PEKN-G,L/MFC có cùng hàm lượng MFC tương ứng. 3.3.1.2. Ảnh hưởng của MFC và phương pháp gia công tới độ bền uốn Từ kết quả bảng 3.12 cho thấy, vật liệu gia công bằng phương pháp túi hút chân không có độ bền uốn cao hơn vật liệu gia công bằng phương pháp lăn tay. Trong đó,
16 mẫu composite gia cường bằng mat thủy tinh và 0,3% MFC về khối lượng được gia công bằng phương pháp túi hút chân không có độ bền uốn cao nhất (243,60 MPa). Bảng 3.12. Độ bền uốn (MPa) của vật liệu polymer composite nền PEKN. Hàm lượng PEKN- PEKN- PEKN- PEKN/MFC MFC GM/MFC GV/MFC G,L/MFC 0% 70,90 192,40 227,67 132,60 0,3% 52,10 208,63 243,60 132,70 0,5% 49,54 186,74 231,36 128,52 0,7% 21,30 162,78 187,57 124,71 1% 15,26 149,34 176,91 101,32 3.3.1.3. Ảnh hưởng của MFC và phương pháp gia công tới độ bền va đập Kết quả bảng 3.13 cho thấy MFC có tác dụng làm tăng đáng kể độ bền va đập của vật liệu ở tất cả nhóm mẫu khi hàm lượng MFC tăng từ 0,3% đến 0,5%. Bảng 3.13. Độ bền va đập (kJ/m2) của vật liệu polymer composite nền PEKN. Hàm lượng PEKN- PEKN- PEKN- PEKN/MFC MFC GM/MFC GV/MFC G,L/MFC 0% 9,80 158,28 170,82 31,25 0,3% 16,35 186,84 207,28 35,75 0,5% 16,74 201,55 212,48 34,80 0,7% 15,40 177,23 197,56 33,10 1,0% 13,20 155,38 187,20 32,40 Khi so sánh độ bền va đập của các mẫu ở nhóm PEKN-GV/MFC với các mẫu ở nhóm PEKN-GM/MFC ta thấy các mẫu thuộc nhóm PEKN-GV/MFC đều có độ bền va đập cao hơn các mẫu của nhóm PEKN-GM/MFC có cùng hàm lượng MFC. Như vậy, mẫu composite mat thủy tinh khi gia công bằng phương pháp túi hút chân không cũng có độ bền va đập cao hơn khi gia công bằng phương pháp lăn ép bằng tay. 3.3.1.4. Ảnh hưởng của MFC và phương pháp gia công đến độ bền mỏi Bảng 3.14. Độ bền mỏi (chu kỳ) của vật Từ kết quả khảo sát độ bền kéo liệu polymer composite nền PEKN. đứt, độ bền uốn và độ bền va đập Hàm chúng tôi lựa chọn hàm lượng 0,3% để PEKN- PEKN- PEKN- lượng khảo sát ảnh hưởng của MFC và GM/MFC GV/MFC G,L/MFC MFC phương pháp gia công đến độ bền mỏi 0% 158,28 170,82 31,25 của vật liệu. Kết quả bảng 3.14 cho 0,3% 186,84 207,28 35,75 thấy, MFC đã cải thiện đáng kể độ bền mỏi của composite, sợi cây lùng mềm dẻo hấp thụ tác động tốt. Đối với composite mat thủy tinh cũng nhận thấy gia công bằng phương pháp túi hút chân không cho độ bền mỏi cao hơn so gia công bằng phương pháp lăn tay.
17 Hình 3.32. Ảnh SEM của vật liệu gia cường mat thủy tinh không có MFC (3.32.a) và có 0,3% MFC (3.32.b), gia cường bằng mat thủy tinh-mat sợi lùng không có MFC (3.32.c) và có 0,3% MFC (3.32.d). Ảnh SEM của mẫu polymer composite không có MFC (hình 3.32.a và hình 3.32.c) cho thấy nhựa nền bị phá vỡ theo từng mảng lớn, các vết nứt và đường phá hủy của nhựa rõ ràng, sắc cạnh và thẳng. Trong khi đó, ở mẫu polymer composite được gia cường MFC (hình 3.32.b và hình 3.32.d) nhựa nền vỡ theo từng mảnh nhỏ tạo nên bề mặt gồ ghề. Tiểu kết: Vật liệu polymer composite polyeste không no/mat thủy tinh có độ bền kéo đứt và độ bền uốn đạt giá trị lớn nhất lần lượt 208,33 MPa và 243,60 MPa với hàm lượng 0,3% MFC, độ bền va đập 212,48 kJ/m2 với hàm lượng 0,5% MFC. Trong đó, với hàm lượng 0,3% MFC, độ bền mỏi của vật liệu polymer composite với mat thủy tinh tăng 140,82%, vật liệu lai tạo với mat thủy tinh- sợi lùng tăng 265%. Phương pháp túi chân không chế tạo được mẫu PC PEKN/TT gia cường MFC có độ bền cơ lý cao hơn so với mẫu chế tạo bằng phương pháp lăn ép bằng tay. Cụ thể, độ bền kéo cao hơn 11,97%; độ bền uốn cao hơn 18,33%; độ bền va đập cao hơn 12,18%. 3.3.2. Vật liệu polymer composite nền epoxy 3.3.2.1. Xác định hàm lượng chất khâu mạch Đã tiến hành thực hiện thí nghiệm 5 mẫu thí nghiệm với hàm lượng chất khâu mạch lần lượt là 6%, 8%, 10%, 12% và 14% (so với khối lượng của nhựa epoxy). Chúng tôi thấy với hàm lượng 12% chất khâu mạch trở lên phần gel gần như ổn định. Vì vậy chúng tôi chọn hàm lượng chất khâu mạch là 12% (theo khối lượng của nhựa epoxy) để khảo sát các yếu tố khác ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của nhựa epoxy. 3.3.2.2. Khảo sát hình thái cấu trúc a b Hình 3.332. Ảnh SEM của vật liệu composite nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi lùng và vi sợi cellulose (hình a với độ phóng đại 1000 lần và hình b với độ phóng đại 10.000 lần) Từ ảnh SEM của vật liệu composite trên nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi
18 lùng và MFC (hình 3.33) ta thấy các bó sợi thực vật còn tập trung với nhau và phân tán không đều trong nhựa nền epoxy, giữa sợi cellulose và nhựa nền còn có phân cách rõ rệt. a b Hình 3.34. Ảnh SEM của vật liệu composite gia cường bằng sợi lùng và vi sợi cellulose acetyl hoá (DS=1,9) (hình a có độ phóng đại 500 lần,hình b có độ phóng đại 1000 lần) Từ ảnh SEM của vật liệu polymer composite gia cường bằng sợi lùng và vi sợi cellulose acetyl hóa (hình 3.34) cho ta thấy các sợi thực vật có sự phân tán đều hơn trong nhựa nền epoxy so với composite gia cường bằng sợi lùng và vi sợi. Đó là do vi sợi cellulose acetyl hóa có khả năng tương hợp với nhựa nền epoxy tốt hơn so với MFC. 3.3.2.3. Khảo sát độ bền nhiệt Đã tiến hành khảo sát độ bền nhiệt của nhựa epoxy và vật liệu polymer composite nền epoxy cho thấy nhựa epoxy và vật liệu polymer composite nền epoxy tương ứng giảm mạnh trong khoảng nhiệt độ từ 330oC-490oC, 330oC-500oC, sự giảm khối mạnh nhất tương ứng ở nhiệt độ 358,5oC và 421,15oC. Hình 3.35. Giản đồ TGA của nhựa Hình 3.36. Giản đồ TGA của composite epoxy cốt sợi lùng được gia cường bằng vi sợi cellulose acetyl hóa Trên giản đồ DTA ta thấy có 1 pic có chiều hướng đi xuống ở 452,78oC tương ứng với quá trình nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy của epoxy composite thay đổi ít so với của epoxy nên việc sử dụng sợi và vi sợi cellulose acetyl hóa gia cường không ảnh hưởng đến nhiệt nóng chảy của nhựa nền epoxy.