Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu một số vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu ươm cây

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu chế tạo túi bầu PE có thời gian tự hủy khác nhau kết hợp với việc sử dụng SAP và PAM trong tổ hợp vật liệu ruột bầu nhằm cải thiện một số tính năng của bầu ươm hiện nay là một hướng đi mới, hứa hẹn đầy triển vọng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu một số vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu ươm cây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ---------------o0o--------------- NGUYỄN THỊ THỨC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME TIÊN TIẾN, THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO BẦU ƯƠM CÂY TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học:1. TS. Trịnh Đức Công 2. GS.TS. Nguyễn Văn Khôi HÀ NỘI - 2020
Công trình được hoàn thành tại Phòng Vật liệu polyme Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Trịnh Đức Công GS. TS. Nguyễn Văn Khôi Phản biện 1:................................................................................................... Phản biện 2:................................................................................................... Phản biện 3:................................................................................................... Luận án sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước tại Học Viện Khoa học và Công nghệ Vào hồi Có thể tìm thấy luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Ngày nay, nhựa polyetylen (PE) phế thải đã và đang đặt ra những vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và gây tổn thương đến hệ sinh thái. PE thường không phân hủy và do đó vẫn tồn tại dưới dạng chất thải trong môi trường với thời gian rất dài gây hại đối với sức khỏe con người. Do những ưu điểm về giá thành cũng như phương pháp gia công đơn giản, các loại màng chất dẻo chế tạo từ polyetylen (PE) đang được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực như: bao gói, che phủ và dùng để chế tạo bầu ươm cây trong nông nghiệp. Ở Việt Nam, nhu cầu sản xuất cây giống trong bầu ươm cho cây ăn quả, cây nông lâm nghiệp ngày càng tăng, hầu hết các loại cây giống đều được trồng trong bầu. Bầu ươm là môi trường trồng cây và chứa nguồn dinh dưỡng cẩn thiết để cung cấp cho cây trồng ở giai đoạn sinh trưởng và phát triển đầu tiên. Thành phần và đặc tính của bầu ươm đóng vai trò quyết định đến số lượng, chất lượng cây giống và thời gian cây lưu bầu. Túi bầu ươm cây tự hủy chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và phụ gia xúc tiến oxy hóa là một hướng nghiên cứu mới góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đồng thời việc sử dụng túi bầu ươm này đem lại ý nghĩa về mặt kinh tế cao, tiết kiệm được công xé bầu. Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng một số vật liệu tiên tiến, thâm thiện với môi trường như: polyme siêu hấp thụ nước và polyme liên kết đất trong chế tạo ruột bầu cũng là một hướng đi mới nhằm cải thiện khả năng giữ nước, tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, giữ chất dinh dưỡng, ngăn quá trình rửa trôi chất dinh dưỡng trong đất và liên kết các hạt đất, giúp không làm vỡ bầu ươm khi vận chuyển đến nơi gieo trồng, cây trồng phát triển tốt, giảm số lần tưới, tiết kiệm được công lao động và nâng cao chất lượng cây giống. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, luận án tập trung vào “Nghiên cứu một số vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu ươm cây” với mục tiêu và nội dung nghiên cứu cụ thể như sau: 2. Mục tiêu của luận án - Nghiên cứu khả năng phân hủy của màng chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và phụ gia xúc tiến oxy hóa từ đó chế tạo được túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác nhau. - Nghiên cứu ảnh hưởng của hai loại vật liệu polyme siêu hấp thụ nước và polyacrylamit đến tính chất của tổ hợp vật liệu chế tạo ruột bầu. - Đánh giá được khả năng ứng dụng của bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường cho một số đối tượng cây trồng. 3. Những nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án
2 - Nghiên cứu quá trình phân hủy giảm cấp và phân hủy trong điều kiện tự nhiên của màng chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa Mn(II) stearat, Fe(III) stearat, Co(II) stearat. Từ đó, chế tạo được túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác nhau. - Nghiên cứu khả năng giữ ẩm của vật liệu polyme siêu hấp nước và khả năng làm bền cấu trúc của polyacrylamit. Kết hợp sử dụng tổ hợp hai loại vật liệu này để cải thiện một số tính năng của ruột bầu ươm. - Thử nghiệm bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường cho cây thông, cây keo và cây bạch đàn. 4. Cấu trúc luận án Luận án gồm 128 trang, bao gồm Mở đầu, chương 1 tổng quan, chương 2 nội dung và phương pháp nghiên cứu, chương 3 kết quả và thảo luận, kết luận, tài liệu tham khảo, danh mục công trình công bố, với 51 hình, 25 bảng và 97 tài liệu tham khảo. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tổng quan đã trình bày tổng quát về đặc điểm, cấu tạo của bầu gieo ươm gồm 2 thành phần chính: Túi bầu và ruột bầu. Các ưu nhược điểm của bầu ươm cây hiện nay, tình hình nghiên cứu ở trong nước và trên thế giới về bầu ươm cây. Đã có nhiều nghiên cứu chế tạo túi bầu PE tự hủy nhưng chưa có tài liệu nào nghiên cứu chế tạo túi bầu PE có thời gian tự hủy khác nhau từ PE tái sinh để phù hợp với đặc tính của từng loại cây trồng. - Túi bầu PE tự hủy trên cơ sở polyetylen phế thải là một hướng nghiên cứu mới góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đồng thời việc sử dụng túi bầu ươm này đem lại ý nghĩa về mặt kinh tế cao, tiết kiệm được công xé bầu. - Vật liệu SAP và PAM là các vật liệu tiên tiến, thân thiện môi trường có tính năng tốt để cải tạo đất và có thể sử dụng cho bầu ươm cây. Chính vì vậy, nghiên cứu chế tạo túi bầu PE có thời gian tự hủy khác nhau kết hợp với việc sử dụng SAP và PAM trong tổ hợp vật liệu ruột bầu nhằm cải thiện một số tính năng của bầu ươm hiện nay là một hướng đi mới, hứa hẹn đầy triển vọng. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất Hạt nhựa PE tái sinh loại 1, hạt nhựa PE tỷ trọng thấp LDPE 260GG, than đen HAF N330, phụ gia xúc tiến oxy hóa Mn(II) stearat, Fe(III) stearat và Co(II) stearat, phụ gia quá trình PPA-3MB910, bùn hoạt tính, phân đạm Ure, phân supe lân, phân NPK, polyme siêu hấp thụ nước (AMS-1), polyacrylamit
3 (PAM). 2.2. Dụng cụ và thiết bị Máy trộn siêu tốc Supermix BP-HS100, thiết bị thổi màng thí nghiệm SJ- 35, máy trộn kín Brabender Plasto Graph EC plus 3, máy ép mẫu thí nghiệm, máy trộn cắt hạt 2 trục vít BP-8177-ZP, thiết bị thổi màng SJ-45, thiết bị đo cơ lý đa năng INSTRON 5980, thiết bị thử nghiệm gia tốc thời tiết UVCON Model UV-260, thiết bị đo độ dày màng điện tử Mitutoyo IP67, quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier NEXUS 670, kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL 6490 và cân điện tử: Scientech (Mỹ). 2.3. Nội dung nghiên cứu 2.3.1. Chế tạo mẫu màng Trộn mẫu: Hạt nhựa rPE và LDPE được làm sạch và sấy ở 700C trong 3 giờ, sau đó được cân định lượng theo các tỷ lệ rPE/LDPE và hàm lượng phụ gia qua trình PPA nghiên cứu. Hỗn hợp vật liệu được trộn kín trên thiết bị trộn kín Brabender Plasto Graph EC plus 3 ở nhiệt độ 1500C, tốc độ trộn 35 vòng/phút, thời gian trộn 3 phút. Tháo máy lấy sản phẩm Ép mẫu thành tấm: Sản phẩm sau khi lấy từ buồng trộn mẫu của máy Brabender được chuyển sang máy ép nóng ở 1450C, áp lực ép 15 Mpa trong thời gian 4 phút. Trong quá trình ép, điều chỉnh giới hạn ép sao cho mẫu thành phẩm có độ dày khoảng 1mm. Tháo khuôn lấy mẫu và ổn định mẫu trong 24h trước khi đo kiểm. Sau khi chế tạo masterbatch tiến hành thổi màng có chiều dày 35µm. Quá trình thổi màng được thực hiện trên thiết bị đùn thổi màng thí nghiệm SJ-35 với đường kính trục vít 35 mm, tỷ lệ L/D 28:1. Nhiệt độ các vùng trục vít: 154, 176, 167, 168 và 165 oC - Ảnh hường của hàm lượng thành phần rPE trong tổ hợp nhựa nền rPE/LDPE: Đánh giá tính chất cơ lý của tổ hợp nhựa nền rPE/LDPE với các tỷ lệ 0/100;75/25, 80/20, 85/15, 90/10, 95/5 và 100/0 trên thiết bị đo cơ lý INSTRON 5980 và hình thái học bề mặt SEM trên thiết bị JEOL 6490. - Ảnh hưởng của phụ gia quá trình PPA đến tính chất của tổ hợp nhựa nền rPE/ LDPE. Tiến hành đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng PPA: 0%, 1%, 2%, 3% và 4% thông qua mô men xoắn, tính chất cơ lý, phổ hồng ngoại FTIR và hình thái học bề mặt SEM. - Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa được đánh giá thông qua quá trình phân hủy giảm cấp và phân hủy sau giảm cấp trong điều kiện tự nhiên. 2.3.2. Chế tạo túi bầu ươm có thời gian phân hủy khác nhau Từ kết quá nghiên cứu ở mục 2.3.1 đến 2.3.3 tiến hành thổi màng chế tạo túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác nhau trên thiết bị đùn thổi màng một trục vít series SJ-45. Chiều dày màng được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ
4 trục vít, tốc độ kéo. Tính chất màng phụ thuộc vào nhiệt độ, tốc độ trục vít, tốc độ kéo màng của quá trình thổi màng. 2.3.3. Nghiên cứu sử dụng vật liệu AMS-1 và PAM trong tổ hợp vật liệu ruột bầu Từ các nghiên cứu của Viện Hóa học về việc thử nghiệm AMS-1 và PAM cho cây trồng tại các địa phương [62, 79]. Thí nghiệm nghiên cứu sử dụng AMS-1 và PAM trong tổ hợp vật liệu chế tạo ruột bầu được tiến hành theo mô hình không lặp lại với hàm lượng AMS-1 và PAM như sau: ĐC: Bầu ươm đối chứng AMS1: 0,8g/kg ruột bầu PAM: 2 mg/kg ruột bầu AMS1 + PAM: 0,8g AMS-1 + 2mg PAM (tính cho 1kg/ruột bầu) Ruột bầu ươm được đóng với tỷ lệ đất đồi: đất màu với tỷ lệ 2:1. AMS-1 đươc ngâm ướt 30 phút để đạt đến độ hấp thụ nước tối đa sau đó được trộn đều với hỗn hợp đất đóng bầu. PAM được hòa tan hoàn toàn trong nước và tiến hành phun trực tiếp vào hỗn hợp ruột bầu. Khi đó độ ẩm của tổ hợp vật liệu chể tạo ruột bầu khoảng 70%. - Khả năng giữ ẩm của vật liệu AMS-1 đã đánh giá thông qua tính thấm của đất, độ ẩm và khả năng trương nở trong các dung dịch muối khác nhau. - Các tương tác làm bền cấu trúc đất của PAM được thể hiện qua nhiều thí nghiệm khác nhau nhằm đánh giá tác dụng có ích của PAM đối với các ứng dụng thực tiễn đó là tốc độ sa lắng, khả năng liên kết các hạt đất và khả năng giữ dinh dưỡng của đất. - Tính chất của tổ hợp vật liệu khi sử dụng AMS-1 và PAM được đánh giá thông qua: Độ bám dính của đất, sức chứa ẩm cựa đại và độ xốp của ruột bầu. 2.3.4. Thử nghiệm bầu ươm cây cho các đối tượng cây trồng khác nhau - Loại cây trồng: Cây keo lai là loại keo lá tràm, cây thông là loại thông Caribe, cây Bạch đàn. - Địa điểm: Trung tâm KHKT giống cây trồng Đạo Đức – Vị Xuyên. - Túi bầu sử dụng là túi bầu có thời gian tự hủy 6-8 tháng, 9-11 tháng và 12-14 tháng có kích thước 7x12cm, trọng lượng trung bình 250g, độ dày các túi bầu là 35-40µm. Chế độ chăm sóc và làm cỏ được tiến hành đồng bộ cho các công thức. Các công thức cụ thể sau: * Với cây Keo lai: - PE-Keo : Đối chứng - TH-Keo: Túi bầu tự hủy 6-8 tháng + ruột bầu (0,8g AMS-1/ kg ruột bầu và 2mg PAM/kg ruột bầu) * Với Cây Thông - PE-Thong: Đối chứng - TH-Thong: Túi bầu tự hủy 9-11 tháng + ruột bầu (0,8g AMS-1/ kg ruột bầu và 2mg PAM/kg ruột bầu)
5 * Với Cây Bạch đàn - PE-BĐ: Đối chứng - TH-BĐ: Túi bầu tự hủy 12-14 tháng + ruột bầu (0,8g AMS-1/ kg ruột bầu và 2mg PAM/kg ruột bầu) Đánh giá khả năng giữ nước, khả năng liên kết đất của ruột bầu ươm và khả năng tự hủy của túi bầu. Các chỉ tiêu cần đánh giá: Số lần tưới nước (lần), tỷ lệ sống của cây (%), tỷ lệ cây đạt tiêu chuẩn xuất vườn (%), độ bền kéo đứt (%), độ dãn dài khi đứt (MPa), Tốc độ sinh trưởng chiều cao cây (cm), đường kính cổ rễ (cm), chiều dài rễ chính (cm). CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng rPE phù hợp trong tổ hợp vật liệu rPE /LDPE Kết quả đo tính chất cơ lý của các mẫu được chỉ ra trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Tính chất cơ lý của tổ hợp vật liệu rPE / LDPE Hàm lượng nhựa Công Độ bền kéo đứt Độ dãn dài khi đứt (phần khối lượng) thức (MPa) (%) rPE LDPE PE0 0 100 24, 67 641,54 PE1 75 25 22,95 622,24 PE2 80 20 21,92 585,15 PE3 85 15 20,47 555,12 PE4 90 10 18,74 528,31 PE5 95 5 16,06 421,53 PE6 100 0 15,03 411,23 Tính chất cơ lý của các tổ hợp nhựa nền giảm khi tăng hàm lượng PE tái sinh. Hàm lượng PE 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. 60 PE3A0 Momen xoắn (Nm) 50 PE3A1 PE3A2 40 PE3A3 30 PE3A4 20 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (phút) 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
7 hiện ở phép đo có góc chiếu tia sáng tới 650 được trình bày trong hình dưới đây: PE3A4 PE3A3 PE3A2 PE3A1 PE3A0 76 78 80 82 84 86 88 Độ Bóng 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 Tính chất cơ lý Kí hiêu mẫu 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.
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 * Tổ hợp phụ gia xúc tiến Độ bền kéo đứt Độ giãn dài Kí hiệu mẫu oxy hóa (%) (MPa) 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 25 PE3A2Ox0 600 PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 Độ dãn dài khi đứt PE3A2Ox02 Độ bền kéo đứt (Mpa) PE3A2Ox04 500 PE3A2Ox04 20 PE3A2Ox06 PE3A2Ox06 400 PE3A2Ox08 (%) 15 PE3A2Ox08 300 10 200 100 5 0 0 0 Thời gian 18 phân36hủy oxy 54hóa nhiệt 72 (giờ) 90 0 18 36 54 72 90 Thời gian phân hủy oxy hóa nhiệt (giờ) 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. 6 PE3A2Ox0 Chỉ số CI PE3A2Ox02 4 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 2 0 0 18 36 oxy hóa nhiệt Thời gian 54 ( giờ) 72 90 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.
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. 30 PE3A2Ox0 600 PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox02 Độ bền kéo đứt (Mpa) Độ dãn dài khi đứt PE3A2Ox04 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 PE3A2Ox06 20 PE3A2Ox08 400 (%) 200 10 0 0 0 6 12 18 24 30 Thời gian thử nghiệm (ngày) 0 6 12 18 24 30 Thời gian thử nghiệm (ngày) Hình 3.10: Tính chất cơ lý của các mẫu sau 30 ngày oxy hóa quang nhiệt ẩm quả cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các mẫu đều Kết 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
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. 30 PE3A2Ox0 600 PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 PE3A2Ox02 PE3A2Ox04 PE3A2Ox06 Độ bền kéo đứt Độ dãn dài khi đứt PE3A2Ox08 PE3A2Ox04 20 400 (Mpa) PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 (%) 10 200 0 0 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 Thời gian (Tháng) Thời gian (Tháng) 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.
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. 5 PE3A2Ox0 PE3A2Ox02 4 PE3A2Ox04 Chỉ số CI 3 PE3A2Ox06 PE3A2Ox08 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 Thời gian (tháng) 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.
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 Tổn hao khối lượng của các mẫu khi chôn trong đất (%) (Tháng) 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: 75 70 65 60 778.93 533.72 55 472.80 1576.71 50 2659.81 1294.48 1627.19 1100.56 45 1178.19 1372.46 1030.51 %T 40 3377.66 1413.28 35 724.57 30 25 1712.17 1464.60 20 2852.13 15 2912.50 10 5 4000 3000 2000 1000 Wavenumbers (cm-1) 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
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 Tổn hao khối lượng của mẫu khi ngâm trong bùn hoạt tính (%) (tháng) 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 95.5 95.0 795.97 94.5 94.0 93.5 717.92 93.0 877.04 92.5 1712.79 92.0 91.5 1627.37 533.70 %T 91.0 415.33 90.5 464.66 90.0 89.5 89.0 88.5 1425.28 2850.13 88.0 3430.00 87.5 1030.50 2921.32 87.0 86.5 86.0 400 0 300 0 200 0 100 0 W av enu mber s ( c m- 1) 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.
16 Bảng 3.6: Đơn phối liệu chế tạo túi bầu ươm tự hủy Đơn vị tính: khối lượng: 10 kg/mẻ Túi bầu ươm tự hủy Nguyên liệu 6 tháng 9 tháng 12 tháng 15 tháng (TH6) (TH9) (TH12) (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 0,008 0,006 0,004 0,002 tiến oxy hóa Phụ gia quá trình 0,2 0,2 0,2 0,2 Than đen HAF 0,1 0,1 0,1 0,1 N330 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 Nhiệt độ các vùng (oC) Tính chất Chế độ gia Độ bền kéo Độ dãn dài công 1 2 3 4 5 đứt (MPa) 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: 450 100 ĐC 400 xử lý AMS1 Tính thấm của đất 350 80 (mm/10 phút) Độ ẩm đất (%) 300 250 60 200 150 40 100 50 20 0 Xử lý AMS1 ĐC 0 0 20 40 60 80 100 Thời gian (ngày) Hình 3.21: Tính thấm của đất khi sử dụng Hình 3.22: Khả năng giữ nước của đất theo AMS-1 thời gian
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 0,5 1 5 10 15 mM Muối 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