(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu chế tạo và xác định hình thái cấu trúc, tính chất của vật liệu compozit polylactic axit và thạch cao

Trong luận văn có sử dụng một số số liệu thực nghiệm từ đề tài “Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và khả năng phân hủy sinh học của vật liệu compozit polyaxit-laticPLA/CaSO4” thuộc chương t

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Nguyễn Hữu Đạt

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH HÌNH THÁI CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT

POLYLACTIC AXIT VÀ THẠCH CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC

Hà Nội - 2021

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Nguyễn Hữu Đạt

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH HÌNH THÁI CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT

POLYLACTIC AXIT VÀ THẠCH CAO

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 8440114

LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Vũ Giang

Hà Nội - 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những thông tin được viết trong luận văn này là do tôi thực hiện và sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS.TS Nguyễn Vũ Giang Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng, và các thông tin nghiên cứu khác được trích dẫn rõ ràng, cụ thể trong luận văn

Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây, do đó không có sự sao chép của bất kì luận văn nào Nội dung của luận văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn Trong luận văn có sử dụng một số số liệu thực nghiệm từ đề tài “Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và khả năng phân hủy sinh học của vật liệu compozit poly(axit-latic)(PLA)/CaSO4” thuộc chương trình hỗ trợ hoạt động nghiên cứu khoa học cho nghiên cứu viên cao cấp do Viện Kỹ thuật nhiệt đới chủ trì thực hiện và PGS.TS Nguyễn Vũ Giang là Chủ nhiệm đề tài, tôi là người tham gia thực hiện Nếu xảy ra vấn đề gì với nội dung luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định

Hà Nội, tháng 4 năm 2021 Người cam đoan

Nguyễn Hữu Đạt

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều cá nhân và tập thể

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Vũ Giang - Viện

Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam và các Cán

bộ thuộc Phòng Hóa Lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, Phòng Đào tạo cùng các thầy,

cô giáo trong Học viện Khoa học và Công nghệ đã đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Tôi trân trọng và biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn trong suốt thời gian qua

Cuối cùng Tôi xin cảm ơn đề tài: “Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và khả năng phân hủy sinh học của vật liệu compozit poly(axit-latic)(PLA)/CaSO4”,

mã số: NVCC13.09/19-19 đã hỗ trợ kinh phí để giúp đỡ Tôi hoàn thiện luận văn này

Hà Nội, tháng 4 năm 2021

Nguyễn Hữu Đạt

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

STT Kí hiệu Giải thích

1 %kl % khối lượng

2 DAP Diamoniphotphat

3 EBS Ethylene bis stearamide

4 Egyp Thạch cao biến tính bằng EBS

5 FT-IR Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourrier

6 GS Thạch cao (Gypsum)

7 HAP Hydroxy apatit

8 PLA Poly latic axit

9 Ogys Thạch cao chưa biến tính

10 PLA0 Mẫu nhựa nền PLA 100 %kl

11 PLA005 Mẫu compozit sử dụng 5 %kl thạch cao không biến

17 PLA410 Mẫu compozit sử dụng 10 %kl thạch cao được biến

21 SEM Ảnh hiển vi điện tử quét

22 TGA Phân tích nhiệt

DANH MỤC BẢNG

1 Bảng 1.1 Tính chất hóa lý cơ bản của 3 dạng PLA 13

2 Bảng 1.2 Thành phần các kim loại của thạch cao phế thải

từ nhà máy DAP Đình Vũ - Hải Phòng

18

3 Bảng 1.3 Thành phần hoá học của thạch cao phế thải từ

nhà máy DAP Đình Vũ- Hải Phòng

19

4 Bảng 1.4 Thành phần nước ao bãi thải thạch cao 20

5 Bảng 2.1: Tóm tắt thành phần compozit và kí hiệu 32

6 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian trộn tới độ bền cơ học

của các mẫu compozit PLA/thạch cao

39

7 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn tới độ bền cơ học

của các mẫu compozit PLA/thạch cao

40

8 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tốc độ trộn tới độ bền cơ lý của

các mẫu compozit PLA/thạch cao

41

9 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng chất chất độn tới độ

bền kéo của các mẫu compozit PLA/thạch cao

43

10 Bảng 3.5 Bảng giá trị mô men xoắn cân bằng của các mẫu

compozit PLA/thạch cao biến tính và không biến tính 48

11 Bảng 3.6 Độ bền cơ học của vật liệu compozit PLA/thạch

cao biến tính và không biến tính

49

DANH MỤC HÌNH ẢNH

số

1 Hình 1.1 Các loại compozit: a) Compozit hạt; b) Compozit

sợi; c) Compozit phiến d) Compozit vảy; e) Compozit đổ đầy

8

2 Hình 1.2 Công thức cấu tạo của PLA 12

3 Hình 1.3 Hai dạng đồng phân của monomer Lactic axit để

7 Hình 1.6 Ảnh FESEM của GS biến tính bằng axit stearic ở

các hàm lượng khác nhau: a) Thạch cao chưa biến tính; b)

Thạch cao biến tinh 1% axit stearic; c) Thạch cao biến tinh

2% axit stearic; d) Thạch cao biến tính 3% axit stearic;e)

Thạch cao biến tinh 4% axit stearic; f) Thạch cao biến tinh

5% axit stearic

22

8 Hình 1.7 Ảnh FE-SEM của vật liệu tổ hợp

EVA/LDPE/thạch cao: a) sử dụng thạch cao chưa biến tính;

b) sử dụng thạch cao biến tính axit stearic

23

9 Hình 1.8 Ảnh FE-SEM chụp bề mặt nứt gãy của vật liệu tổ

hợp sử dụng (a) thạch cao ban đầu, (b) thạch cao-PI

(poly(vinyl ancol), (c) thạch cao-PII (poly (vinyl

ancol-co-vinyl axetat-co-axit itaconic)), và (d) thạch cao-PIII

(poly(vinyl clorua – co-vinyl axetat – co-vinyl ancol)) sau

khi ngâm trong dung dịch SBF 7 ngày

24

10 Hình 1.9: Cấu trúc hóa học cuả EBS 28

11 Hình 2.1 Thiết bị trộn nội kín Haake Rheomix 610 33

12 Hình 2.2 Mẫu đo độ bền kéo 33

13 Hình 2.3 Thiết bị đo kéo nén đa năng Zwick Z2.5 35

14 Hình 2.4 Thiết bị đo va đập Testresources 36

15 Hình 2.5 máy đo độ cứng cầm tay chỉ thị kim SAUTER HBA

16 Hình 2.6 Thiết bị đo phổ hồng ngoại Fourier Nicolet iS10 38

17 Hình 3.1: Phổ IR của thạch cao và thạch cao biến tính bởi 4%

EBS

43

18 Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng thạch cao phế thải đến

độ bền uốn, độ bền va đập của vật liệu compozit PLA/thạch

cao

44

19 Hình 3.3 Lưu biến nóng chảy của vật liệu compozit

PLA/thạch cao chưa biến tính

46

20 Hình 3.4 Lưu biến nóng chảy của vật liệu compozit

PLA/thạch cao biến tính 47

21 Hình 3.5: Giản đồ mô men xoắn nóng chảy của các mẫu PLA,

PLA/thạch cao (20 %kl) biến tính và không biến tính 48

22 Hình 3.6 Biểu đổ khả năng cải thiện tính chất cơ học của

thạch cao biến tính

51

23 Hình 3.7: Giản đồ TGA của mẫu PLA0, PLA020 và PLA420 53

24 Hình 3.8: Giản đồ DTG của mẫu PLA0, PLA020 và PLA420 53

25 Hình 3.9 Ảnh cấu trúc bề mặt của các mẫu compozit (a)

PLA020, (b) PLA420

54

26 Hình 3.10 Ảnh SEM thể hiện sự phân hủy thạch cao của

chủng vi khuẩn KSF Desulfovibrio oryzae M10 a) thạch cao

đối chứng, b) thạch cao sau 3 ngày và c) mẫu thạch cao sau

14 ngày

55

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 3

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 4

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 4

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT [1,2,3] 6

VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT 9

POLYLACTIC AXIT (PLA) 11

TỔNG QUAN VỀ THẠCH CAO (THẠCH CAO) [5-10] 16

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 21

TÌM HIỂU VỀ ETHYLENE BIS STEARAMIDE (EBS) 28

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 31

NGHIÊN CỨU 31

NGUYÊN VẬT VIỆU VÀ HÓA CHẤT 31

CHẾ TẠO MẪU 31CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHẾ TẠO MẪU PLA/THẠCH CAO39

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT BIẾN TÍNH THẠCH CAO 41ẢNH HƯỞNG CHẤT BIẾN TÍNH EBS ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU PLA/THẠCH CAO 49BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT SỰ PHÂN HỦY THẠCH CAO SỬ DỤNG CHỦNG VI KHUẨN KSF DESULFOVIBRIO ORYZAE M10 [40] 55CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 58TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

MỞ ĐẦU

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Mỗi năm, thế giới thải ra khoảng 300 triệu tấn rác thải nhựa, phần lớn trong số này không được xử lý và xả thải trực tiếp ra ngoài môi trường Điều này gây các hệ lụy xấu làm ô nhiễm đất và nước do các chất thải từ nhựa và nylon rất khó phân hủy trong tự nhiên Tại Hội nghị Davos, Thụy Sĩ đã có báo cáo ước tính lượng rác thải nhựa thải xuống biển cho đến năm 2050 sẽ nhiều hơn lượng cá (tính theo trọng lượng) Nhưng phải mất hàng trăm, thậm chí hàng ngàn năm, các chất thải từ nhựa và nylon mới bị phân hủy Một điều đáng lo ngại theo thống kê, Việt Nam hiện đứng thứ 4 trên thế giới về khối lượng rác thải nhựa với mỗi năm có khoảng 730.000 tấn rác thải nhựa ra biển người Việt thải ra hàng trăm nghìn tấn rác thải nhựa mỗi năm nhưng việc tái chế chất thải nhựa vẫn chưa phát triển và tỷ lệ phân loại chất thải tại nguồn rất thấp Một lượng lớn chất thải nhựa được chôn lấp cùng lượng rác thải sinh hoạt và một lượng lớn khác được thải trực tiếp ra môi trường Điều đó thật khủng khiếp khi lượng chất thải trên được xả thẳng ra ngoài môi trường bởi chúng sẽ phá hủy môi trường tự nhiên, ảnh hưởng đến các lại sinh vật trong môi trường khi những hạt vi nhựa có nguồn gốc từ rác thải nhựa có thể xâm nhập và phá hủy tế bào

Để khắc phục nhược điểm này, thế giới hiện nay tập trung phát triển các loại vật liệu xanh, nguồn gốc sinh học, có khả năng tự phân hủy, tái sinh và thân thiện với môi trường, thay thế các loại polyme có nguồn gốc dầu mỏ Các nghiên cứu nhằm tạo ra các loại vật liệu có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường đang thu hút nhiều nhóm nghiên cứu Trong đó, xu hướng

sử dụng các loại vật liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên để dần thay thế các vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đang ngày càng được quan tâm Những loại vật liệu xanh, vật liệu tái tạo có khả năng phân hủy sinh học, như poly-axit lactic (PLA), polyhydroxylbutyrat (PHB) được xem là các ứng cử viên cho hướng phát triển này PLA là loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học cao với thời

gian phân hủy ngắn, vì vậy có thể tiết kiệm được nguồn năng lượng nhất định

để xử lý PLA Đồng thời loại polyme này có độ tương thích sinh học cao, không độc hại với cơ thể người, nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt

là y sinh Hiện nay, PLA đang là sản phẩm được sản xuất và ứng dụng đại trà trong công nghiệp với giá thành rẻ hơn so với các loại nhựa phân hủy sinh học khác (2-3,2 USD/kg) với độ bền kéo và mô đun đàn hồi cao Chính vì những

ưu điểm trên mà PLA được xem là sự lựa chọn hàng đầu trong các polyme sinh học có khả năng thay thế các loại polyme dầu mỏ Tuy nhiên do độ giòn vốn

có nên độ bền va đập kém khiến các ứng dụng của vật liệu PLA còn bị hạn chế Một sự thay thế phù hợp hơn là sử dụng các hạt gia cường vô cơ như CaCO3, hydroxyapatit, CaSO4 để cải thiện độ bền va đập, nhưng vẫn đảm bảo độ bền kéo và độ bền nhiệt của vật liệu Việc kết hợp vật liệu PLA với thạch cao tạo

ra vật liệu sinh học thân thiện môi trường với nhiều ưu điểm về tính chất cơ học

cao Đó là lý do đề tài: "Nghiên cứu chế tạo và xác định hình thái cấu trúc, tính chất của vật liệu compozit polylatic axit và thạch cao" được lựa để làm

luận văn tốt nghiệp

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Tối ưu thành phần, các điều kiện công nghệ chế tạo và xác định hình thái cấu trúc, tính chất của vật liệu compozit polylatic axit và thạch cao

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu mới, vật liệu thân thiện môi trường Cụ thể vật liệu compozit thân thiện môi trường trên cơ sở PLA/thạch cao

Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm

Địa điểm: Viện Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Viện Hàn lâm KHCNVN)

Nội dung 1:

-Thu thập tài liệu tìm hiểu về cấu tạo, thành phần, điều kiện gia công, tính chất lý-hóa của PLA và thạch cao Từ đó xây dựng tổng quan đánh giá tình hình nghiên cứu vật liệu polyme compozit PLA/thạch cao trong và ngoài nước

Nội dung 2:

- Chế tạo, xử lý và biến tính thạch cao bằng ethylene bis stearamide

- Chế tạo các mẫu compozit PLA/ thạch cao với các hàm lượng thạch cao là 0%, 5%, 10%, 15%, 20% 25% về khối lượng

- Tiến hành gia công mẫu compozit PLA với hàm lượng thạch cao khác nhau

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN

Nghiên cứu khả sát chế tạo vật liệu mới thân thiên với môi trường, có khả năng phân hủy sinh học và tính chất cơ học cao Đồng thời nghiên cứu xử

lý và biến tính và xử lý chất độn thạch cao phế thải giả quyết vấn đề môi trường, tăng tính ứng dụng của thạch cao phế thải là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phân bón

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT [1,2,3]

1.1.1 Khái niệm

Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau Vật liệu mới được tạo thành có tính chất ưu việt hơn nhiều so với từng loại vật liệu thành phần riêng rẽ Về mặt cấu tạo, vật liệu compozit bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn phân bố đều trên một pha nền liên tục Pha gián đoạn thường có tính chất cơ học trội hơn pha liên tục Pha liên tục gọi là nền (matrice) Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật liệu gia cường (reinforce)

1.1.2 Lịch sử hình thành

Trong cuộc sống đời thường, ít người để ý rằng vật liệu compozit đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống Bởi vì khoảng 5000 năm trước Công Nguyên, người cổ đại đã tình cờ chế tạo ra vật liệu compozit để phục vụ cho cuộc sống hằng ngày ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét Trong cuộc sống đời thường,

ít người để ý được rằng vật liệu compozit để đảm bảo được sự dãn nở trong quá trình nung gốm Người Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu compozit từ khoảng

5000 năm trước Công Nguyên Sản phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy, tẩm pitum, sau này các thuyền đan tre trát mùn cưa và nhựa thông hay vách tường đan tre trát bùn với rơm, rạ là những sản phẩm compozit được áp dụng rộng dãi trong đời sống xã hội hằng ngày

Sự phát triển của vật liệu compozit đã được khẳng định và mang tính đột phá vào những năm 1930, khi Stayer và Thomas đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thủy tinh Fillis và Foster sử dụng chất độn cho poly este không no và giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho Đại chiến thế giới lần thứ hai

xuất hiện nhựa epoxy và các sợi gia cường như polyeste, nilon… Từ năm 1970 đến nay, vật liệu nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự…[1]

1.1.3 Đặc điểm chung

Vật liệu compozit là vật liệu nhiều pha Trong vật liệu compozit có tỉ lệ, hình dạng, kích thước cũng như sự phân bố của nền và cốt tuân theo các quy định thiết kế trước Tính chất của các pha thành phần được kết hợp để tạo nên tính chất chung của compozit

Ưu điểm của vật liệu compozit là khả năng chế tạo vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật khác nhau Các thành phần cốt của compozit có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hòa tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu

sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường Một trong tính chất nổi bật nhất của polyme compozit đó là tỉ trọng nhẹ, độ bền cao, dễ lắp đặt và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường hóa học, độ dẫn điện thấp [2]

1.1.4 Đặc tính

Cơ tính của vật liệu compozit phụ thuộc vào những đặc tính sau đây:

- Cơ tính của các vật liệu thành phần: các vật liệu thành phần có cơ tính tốt vật liệu compozit cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của từng vật liệu thành phần

- Luật phân bố hình học của vật liệu cốt: khi vật liệu cốt phân bố không đồng đều, vật liệu compozit bị phá huỷ trước hết ở những nơi có vật liệu cốt Với compozit cốt sợi, phương của sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu, có thể điều chỉnh được tính dị hướng này theo ý muốn để chế tạo được vật liệu cũng như phương án công nghệ phù hợp với yêu cầu

- Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần: vật liệu cốt và nền phải liên kết chặt chẽ với nhau mới có khả năng tăng cường và bổ sung tính chất cho nhau.[3]

1.1.5 Phân loại

Phân loại theo hình dạng

Hình 1.1 Các loại compozit: a) Compozit hạt; b) Compozit sợi; c) Compozit

phiến d) Compozit vảy; e) Compozit đổ đầy

Vật liệu compozit độn dạng sợi: Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thước (gọi là chiều dài) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích thước không gian còn lại Theo hai chiều kia chúng phân bố gián đoạn trong vật liệu compozit, còn theo chiều dài thì chúng có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn Ta thường thấy các loại vật liệu cốt sợi này gắn liền với từ compozit trong tên gọi Các sản phẩm compozit dân dụng thường là được chế tạo từ loại vật liệu compozit cốt sợi, trên nền nhựa là chủ yếu

Vật liệu compozit độn dạng hạt: Thường được sử dụng để cải thiện một

số tính chất cơ tính của vật liệu hoặc vật liệu nền như tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn, giảm độ co ngót và giảm giá thành sản phẩm Việc lựa chọn phương án phụ thuộc vào cơ-lý tính mà ta muốn bởi gia cường bằng dạng hạt thì tính chất cơ-lý yếu hơn so với dạng sợi

Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần

Compozit nền hữu cơ (polyme compozit): nền là nhựa hữu cơ, cốt thường

là sợi hữu cơ hoặc sợi, hạt khoáng hoặc oxit kim loại

Compozit nền kim loại: nền là các kim loại như titan, nhôm, đồng, cốt thường là sợi kim loại hoặc sợi khoáng như B, C, SiC

Compozit nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là sợi hoặc hạt kim loại hoặc cũng có thể là hạt gốm

VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT

1.2.1 Cấu tạo của vật liệu polyme compozit

Vật liệu polyme compozit được chế tạo gồm 2 pha: pha liên tục hay polyme nền và pha phân tán (chất gia cường hay chất độn)

Polyme nền:

Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm

polyme nền

Nhựa nhiệt dẻo: PE, PP, PS, ABS, PVC,… độn được trộn với nhựa, gia

công trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy

Nhựa nhiệt rắn: PU, UF, epoxy, Polyeste, không no, gia công dưới áp

suất và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và Polyeste không no có thể tiến hành ở

điều kiện thường, gia công bằng tay Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu

có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo

Chất độn (cốt):

Mục tiêu:

Tăng khả năng chịu được va đập, giãn nở cao, khả năng cách âm tốt, tính chịu ma sát - mài mòn, độ nén, độ uốn dẻo và độ đứt cao, khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như: muối, kiềm, axit…

Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện, khả năng chậm cháy đối với độn tăng cường

Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao

Giảm giá thành

Tùy thuộc vào yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại vật liệu độn cho thích hợp Có hai dạng độn:

Độn dạng sợi: Sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn độn dạng hạt Tuy

nhiên, sợi có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: Sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amit…

Độn dạng hạt: thường được sử dụng là: BaSO4, CaSO4, CuS, CdS, Silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, cao lanh, đất sét, graphite, cacbon, bột tale, hay graphite,…

1.2.2 Ứng dụng của vật liệu compozit

Compozit sợi cacbon sử dụng để chế tạo than vỏ, vách ngăn tàu vũ trụ, chế tạo các loại ăngten, đặc biệt ăngten cho tàu vũ trụ, chế tạo các thiết bị y tế, các bộ phận thay thế như: xương, vỏ sọ não, chế tạo các thiết bị thể thao như: khung xe đạp đua, vợt các loại, thuyền buồm, cán và cánh cung, chế tạo ống dẫn, các loại máy bơm,…Compozit sợi Bor được sử dụng trong các chi tiết

hàng không, của kĩ thuật tên lửa vũ trụ như các dầm, khung panen, các sống dọc của phần chịu lực Compozit chì- cacbon chế tạo các máy móc trong thiết

bị làm việc trong các môi trường bị ăn mòn cao do ma sát, ức chế được dao động âm thanh, hấp thụ được tia gama Compozit nền đồng hoặc bạc, với cốt

là vonfram hoặc molipden có thể dùng để chế tạo các công tắc không mòn cho dòng điện, điện thế cao, hệ thống ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn dùng vật liệu polyme compozit, hay hệ thống sứ cách điện, sứ polyme, sứ silicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các thiết bị điện,…[1]

POLYLACTIC AXIT (PLA)

1.3.1 Giới thiệu chung

Polylactic axit (PLA) là một trong những loại polyme sinh học được sử dụng phổ biến nhất hiện nay (khoảng 200.000 tấn/năm) (Johansson, et al., 2012, Mehta, et al., 2005) do có độ bền kéo cao, giá thành thấp, trong suốt, khả năng tương hợp sinh học cao PLA được sản xuất từ tinh bột bắp và đây là nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo từ quá trình sản xuất nông nghiệp, không như các loại polyme khác được sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ Đặc biệt, PLA rất thân thiện với môi trường bởi khả năng phân hủy sinh học cao (phân hủy hoàn toàn từ 90 đến 180 ngày, tùy theo điều kiện phân hủy sinh học) Chính vì vậy, trong mười năm trở lại đây, PLA được tập trung nghiên cứu và đưa vào sử dụng rộng rãi trên thị trường, thay thế cho những sản phẩm polyme có nguồn gốc dầu mỏ không phân hủy sinh học Năm 2002, công ty Cargill Dow polymers (LLC) đã đưa PLA vào sản xuất ở qui mô công nghiệp đầu tiên ở Nebraska với công suất 140.000 tấn/năm Ước tính đến năm 2015 sản lượng tiêu thụ PLA có thể đạt đến 500.000 tấn/năm và còn có thể tăng đến 1 triệu tấn/năm đến năm

2020 (Gongzhuling Annual Output, 2014) [4]

1.3.2 Tính chất hóa lý của PLA

Poly (lactid axit) (PLA) có công thức hóa học là (C3H4O2)n, 2,98.106 PLA thuộc nhóm poly (α-hydroxy ester), được điều chế từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên là tinh bột (đa phần từ tinh bột bắp)

Mw=0,89-PLA có tính chất hóa lý gần giống như poly (ethylene terephtalat) (PET) được tổng hợp từ nguyên liệu hóa thạch như độ cứng cao, modun đàn hồi cao,

độ bền kéo đứt lớn, nhưng khác với các vật liệu polyme có nguồn gốc dầu mỏ

là PLA có khả năng phân hủy sinh học cao nên thân thiện với môi trường

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của PLA

Từ hai loại đồng phân của Lactic axit trong hình 1.3 là D-Lactic, L-Lactic

có thể điều chế được ba dạng đồng phân hình học của Lactide (Auras, et al., 2011), từ đó thông qua phản ứng polyme hóa mở vòng, tạo ra ba dạng PLA với tính chất hóa lý được trình bày trong bảng 1.1: poly (D-Lactic axit) (PDLA), poly (L-Lactic axit) (PLLA), poly (D,LLactic axit) (PDLLA) (Drumright, et al., 2000, Xiao, et al., 2012) Quá trình tạo thành Lactide là một trong những giai đoạn quan trọng nhất bởi độ tinh khiết quang học của Lactide có ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm PLA Trên thị trường hiện nay, PLA thương mại là sản phẩm blend của PLLA và PDLLA được tổng hợp dựa trên phản ứng polyme hóa giữa DLLA và LLA (Cargill/ Nature Works LLC Press Release, 2009) Trong đó tỉ lệ phần trăm của PLLA trong hỗn hợp “blended” sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg và nhiệt độ nóng chảy Tm của PLA thương mại (Drumright, et al., 2000, Rasal, et al., 2010)

Hình 1.3 Hai dạng đồng phân của monomer Lactic axit để tổng hợp PLA

Bảng 1.1 Tính chất hóa lý cơ bản của 3 dạng PLA

Tính chất PDLA PLLA PDLLA Khả năng hòa tan Không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu

cơ như benzene, chloroform, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), dioxane…

Cấu trúc tinh thể Kết tinh Bán kết tinh Vô định hình Nhiệt độ nóng

1.3.3 Phương pháp điều chế PLA

PLA có thể được tổng hợp từ ba phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu bằng phương pháp polyme hóa trực tiếp và phương pháp “cationic ring opening polymersization”

Hình 1.4 Phương trình điều chế bằng phương pháp trùng hợp mở vòng

cation

PLA chủ yếu được tổng hợp bằng phương pháp polyme hóa Lactic axit thành PLA có khối lượng phân tử thấp (vài nghìn đến vài chục nghìn đvC) sau

đó tăng phân tử khối bằng các tác nhân kéo dài mạch cho đến khối lượng phân

tử mong muốn Phương trình polyme hóa bằng phương pháp polymer hóa trực tiếp được thể hiện trong hình 1.4

Hình 1.5 Phương trình điều chế bằng phương pháp polyme hóa trực tiếp

1.3.4 Ưu và nhược điểm của PLA

Ưu điểm

PLA là loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học cao với thời gian phân hủy ngắn, vì vậy có thể tiết kiệm được nguồn năng lượng nhất định để xử lý

với cơ thể người, nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt là y sinh Hiện nay, PLA đang là sản phẩm được sản xuất và ứng dụng đại trà trong công nghiệp với giá thành rẻ hơn so với các loại nhựa phân hủy sinh học khác (2-3,2 USD/kg) (Information from NatureWorks LLC, 2014) với độ bền kéo và môđun đàn hồi cao (Tensile Strenght 55-75 MP, Young’s modulus 3-4GP) (Lu

L, 1999, PLA monomere (Polylactic Acid), 2014, Polylactic Acid (PLA, 2014)

Nhược điểm

PLA có những hạn chế về mặt tính chất như: độ dãn dài thấp (5-7%), nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp Tg (60-68o C) dẫn đến khả năng ổn định thấp hơn nữa PLA dễ bị thủy phân, tốc độ phân hủy thấp và để sản xuất PLA trong qui mô công nghiệp đòi hỏi phải có chi phí cho quy trình công nghệ cao Do đó giá thành sản phẩm cao hơn so với các loại nhựa có nguồn gốc hóa thạch như

PP, PE, PA, (giá hiện tại của PLA trên thị trường là 2,6-3,2 USD/kg, trong khi

PP, PE chỉ có 1,2-1,8 USD/kg) (SE Asian, 2014) [4]

1.3.5 Ứng dụng của PLA

Mặc dù polylactic axit có những ưu điểm phù hợp với xu hướng sử dụng vật liệu polyme hiện nay Tuy nhiên những yếu điểm như độ bền kéo thấp, khả năng chịu nhiệt kém, khó gia công đã phần nào hạn chế khả năng ứng dụng PLA Cũng như các loại polyme khác trên thị trường, PLA thường được biến tính trước khi đưa vào sản xuất nhằm đáp ứng những yêu cầu cụ thể trong từng lĩnh vực ứng dụng Các nghiên cứu gần đây cho thấy PLA thường được biến tính dựa trên hai phương pháp Phương pháp thứ nhất là biến tính bề mặt (surface modification) nhằm tạo độ bám dính của PLA với vật liệu khác Vật liệu biến tính này được ứng dụng trong lĩnh vực y sinh (truyền dẫn thuốc) Phương pháp biến tính thứ hai là trộn hợp hoặc hóa dẻo với các polymner khác nhằm tăng cường cơ tính và khả năng chịu nhiệt của vật liệu Phương pháp này thường được ứng dụng trong lĩnh vực bao bì, đóng gói, ô tô, vật liệu cách điện

CaSO4.2H2O → CaSO4 1

Các đặc trưng của thạch cao :

Dạng thường tinh thể đồ sộ, phẳng, tinh thể kéo dài hình lăng trụ

Độ cứng Mohs: 1,5-2

Khối lượng riêng: 2,31 - 2,33 g/cm³

Chiết suất: 1,522

Độ hòa tan trong nước rất thấp

Không phản ứng với axít

Các biến thể chính:

Satin Spar khối có sợi như ngọc trai

Selenit tinh thể trong suốt và có phiến

Alabaster hơi có màu, hạt mịn

Ứng dụng của thạch cao tự nhiên:

Ứng dụng trong xây dựng:

Vật liệu xây dựng không nung: hiện nay ở Việt Nam loại vật liệu này đang được Chính phủ tập trung chú ý phát triển thay thế cho gạch nung nhờ tính cách nhiệt, ngăn lửa, giảm tiếng ồn, chịu nước, tiện lợi, bền, đẹp, giảm chi phí khi sử dụng Thạch cao còn được xem là loại vật liệu truyền thống thân thiện với con người và được công nhận trên toàn thế giới

Thạch cao thu được trong quá trình loại bỏ hợp chất lưu huỳnh trong quá trình chế hóa dầu mỏ và khí thiên nhiên Dạng bã thải thu được ở dạng dung dịch bùn nước và có thể được làm khô mà không quá tốn kém cho quá trình gia nhiệt Bùn khô thu được chủ yếu ở dạng tinh thế ngậm hai phân tử nước được nung ở 125 oC đưa về dạng tinh thể ngậm nửa phân tử nước, sau đó nghiền trộn

với nước và gia công thành tấm thạch cao sử dụng làm tấm trần, sàn nhà, tường, vật liệu trang trí trong ngành xây dựng

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc sử dụng thạch cao siêu nhẹ cho công trình xây dựng sẽ mang lại hiệu quả kỹ thuật to lớn

Ứng dụng trong nông nghiệp: Sử dụng để cải tạo một số loại đất bùn nhão, là thành phần bổ sung trong nhiều loại phân lân sản xuất theo công nghệ

cũ có hàm lượng P2O5 thấp hiện đang được sản xuất và tiêu thụ tại Việt Nam

Ứng dụng trong y tế: sử dụng làm vật liệu bó bột định hình, khuôn Ứng dụng trong công nghiệp nhựa: Sử dụng làm chất độn trong một số vật liệu polyme compozit Một số loại vật liệu compozit sử dụng thành phần chính là thạch cao và sử dụng một lượng nhỏ nhựa làm chất kết dính ứng dụng trong vật liệu xây dựng không những có khả năng ứng dụng tốt ở khí hậu nhiệt

đới [6]

1.4.2 Thạch cao phế thải

Thạch cao phế thải là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phân lân Công nghệ sản xuất phân lân trong nước theo quy trình trích ly quặng apatit làm giàu với axit sunfuric theo phản ứng hóa học sau: [6]

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 3H3PO4 + 5CaCO4.2H2O + HF Theo phương pháp này, thạch cao phế thải có chứa 75% CaSO4.2H2O,

H2O; H2SO4; P2O5; SiO2; Al2O3 và các chất khác chiếm 25% được xác định bằng phương pháp phân tích phổ ASS tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN

Việt Nam (bảng 1.2) Thành phần hóa học của thạch cao phế thải từ nhà máy

DAP Đình Vũ được xác định bằng phương pháp ICP tại trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG Hà Nội, kết quả trình bày dưới bảng 1.2

Bảng 1.2 Thành phần các kim loại của thạch cao phế thải từ nhà máy DAP

Ảnh hưởng của thạch cao phế thải đến môi trường xung quanh

Ngày nay, các yêu cầu về bảo vệ môi trường đòi hỏi khắt khe hơn, vì vậy việc thải thạch cao ra sông, biển rất hạn chế Các bãi thải thạch cao trong đất liền phải được quy hoạch và chống thấm tốt nhằm hạn chế việc rò rỉ nước thải chứa axit và các tạp chất khác ra môi trường Đây là một vấn đề khá nan giải cho việc xây dựng các nhà máy DAP và MAP mới

Bãi chứa thạch cao thải phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể và các quy định về môi trường của khu vực Những bãi thải hiện đại nhất có thể chứa được đến 500 tấn GS trên 1 hecta đất Tại Mỹ và Tây Âu các bãi thải thạch cao thường đòi hỏi chi phí đầu tư cao Hệ thống nước của nhà máy axit photphoric

là một trong những vấn đề quan trọng cần phải quan tâm Nước thải được sử dụng tạo bùn thạch cao để bơm đến bãi thải Tuy nhiên lượng mưa thường vượt lượng bay hơi dẫn đến chảy tràn nước của ao thải Thành phần của nước ao hồi lưu trong bãi thải thạch cao được đưa ra ở bảng 1.4

Bảng 1.4 Thành phần nước ao bãi thải thạch cao

Thành phần Phân loại

Thấp (mg/l) Cao (mg/l) TB (mg/l)

P2O5 8.000 20.000 12.000

F 900 12.000 10.000 CaO/MgO 2.400 9.000 4.000

trong quặng apatit và một lượng dư H2SO4 trong quá trình phân hủy quặng apatit Khi được chứa tại các bãi thải không được che đậy cẩn thận như vậy sẽ gây nguy hại tới môi trường xung quanh:

Nước từ bãi thải có chứa axit H2SO4 rò rỉ hoặc tràn ra ngoài làm biến đổi

pH trong đất, nước Làm pH của đất, nước gần với pH của axit: gây biến đổi môi trường đất làm cây cối bị chết; làm chua nước gây chết cỏ cây và các loài

thủy sản, ảnh hưởng tới nguồn nước cả một vùng

Khi có gió lượng bã thải thạch cao sẽ phát tán vào không khí làm ô nhiễm

môi trường không khí gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người.[7-8]

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.5.1 Nghiên cứu vật liệu tổ hợp chứa thạch cao ở trong nước

Thạch cao ngoài ứng dụng chính làm vật liệu xây dựng như sản xuất các loại gạch không nung, tường thạch cao, làm phụ gia sản xuất xi măng,… Với các ưu điểm của thạch cao như độ bền nhiệt cao, khả năng chống cháy và chịu mài mòn thời tiết, các nhà khoa học đã và đang tập trung nghiên cứu sử dụng thạch cao làm chất phụ gia hay chất độn cho polyme và cao su nhằm làm tăng

độ bền kéo đứt, tăng tính chịu uốn, cải thiện độ bền nhiệt của pha nền So với các loại chất độn và các chất gia cường nhập ngoại, thạch cao có nguồn gốc trong nước có giá thành thấp hơn, chỉ bằng 50 – 75 % giá thành, góp phần tiết kiệm chi phí sản xuất và giảm tỉ lệ nhập khẩu nguyên vật liệu Để tăng cường tương tác, phân tán và bám dính giữa thạch cao và nhựa nền cần tiến hành biến tính hạt thạch cao Các hợp chất hữu cơ biến tính thạch cao và các loại nhựa nhiệt dẻo, đặc biệt là các loại nhựa PP, PE, HDPE,… đều là các sản phẩm thương mại.[9]

Do bản chất, cơ tính của thạch cao và các polyme nền hoàn toàn khác nhau nên khi sử dụng thạch cao làm chất độn, đặc biệt với hàm lượng chất độn

lớn thì vật liệu compozit sẽ xuất hiện sự phân tách pha ảnh hưởng nhiều đến các tính chất cơ lý và hình thái cấu trúc của vật liệu Để tăng khả năng phân tán, liên kết và tương hợp của thạch cao với polyme nền các nhà khoa học đã nghiên cứu biến tính thạch cao trước khi chế tạo vật liệu polyme compozit

Hình 1.6 Ảnh FESEM của GS biến tính bằng axit stearic ở các hàm lượng khác nhau: a) Thạch cao chưa biến tính; b) Thạch cao biến tinh 1% axit stearic; c) Thạch cao biến tinh 2% axit stearic; d) Thạch cao biến tính 3% axit stearic;e) Thạch cao biến tinh 4% axit stearic; f) Thạch cao biến tinh 5%

axit stearic

Trong công trình của nhóm tác giả PGS.TS Nguyễn Vũ Giang và cộng

sự đã biến tính thạch cao bằng axit stearic.[10] Trên ảnh SEM (hình 1.6) ở độ phóng đại 10.000 lần, cho thấy ở mẫu thạch cao chưa biến tính, kích thước các hạt không đồng đều, các hạt thạch cao liên kết khối với nhau tạo nên các siêu hạt với kích thước lên đến vài µm, không nhìn thấy biên giới giữa các hạt Khi

biến tính thạch cao tại các hàm lượng axit stearic khác nhau, các hạt thạch cao

đã tách rời nhau, ta nhận thấy với hàm lượng axit stearic càng lớn thì độ xốp, diện tích bề mặt thạch cao càng lớn Tại hàm lượng biến tính 4% của axit stearic, sự phân tán của thạch cao tốt nhất được thể hiện bởi các biên hạt tách rời nhau, cho phép quan sát được kích thước hạt một cách rõ ràng nhất Vậy sau khi biến tính, bề mặt thạch cao trở nên tương hợp tốt hơn Nhóm nghiên cứu của GS.TS Thái Hoàng và cộng sự [13] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp EVA/LDPE/GS So với hỗn hợp polyme EVA/LDPE, vật liệu tổ hợp chứa thạch cao có và không biến tính axit stearic có độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt nhỏ hơn và mô đun Young lớn hơn Thạch cao biến tính 4 % axit stearic đã cải thiện độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của hỗn hợp polyme EVA/LDPE

so với thạch cao không biến tính

Hình 1.7 Ảnh FE-SEM của vật liệu tổ hợp EVA/LDPE/thạch cao: a) sử dụng thạch cao chưa biến tính; b) sử dụng thạch cao biến tính axit stearic

Ảnh FE-SEM (hình 1.7) của vật liệu tổ hợp cho thấy các hạt thạch cao biến tính axit stearic phân tán đồng đều hơn trong hỗn hợp polyme EVA/LDPE

so với thạch cao chưa biến tính Như vậy, biến tính thạch cao bằng axit stearic

là cần thiết để cải thiện tương tác giữa thạch cao với hỗn hợp polyme EVA/LDPE cũng như tăng cường một số tính chất của vật liệu tổ hợp so với sử

dụng thạch cao chưa biến tính

Nhóm nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Vũ Giang và cộng sự, đã biến tính CaSO4 bằng chất hoạt động bề mặt SDS (natri dodexyl sunfat) để tăng cường khả năng phân tán và tương hợp của thạch cao với nền polyme Kết quả cho thấy vật liệu compozit HDPE/CaSO4 biến tính SDS cải thiện đáng kể độ bền kéo đứt so với nhựa HDPE ban đầu từ 30,35 MPa lên 35 MPa; tính dẫn điện tăng mạnh hơn, điều đó khẳng định sự phân tán tốt của hạt CaSO4 trong nền polyme và khẳng định hiệu quả gia cường Ngoài ra khảo sát độ bền lão hóa của vật liệu cũng chứng minh, tính chịu nhiệt của vật liệu cũng được cải thiện

1.5.2 Nghiên cứu vật liệu tổ hợp chứa thạch cao trên thế giới

Quá trình nghiên cứu và ứng dụng gysum phế thải làm chất gia cường trong chế tạo vật liệu polyme compozit đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới Đã có nhiều công trình công bố về vấn đề này, trong

đó, H.F.El-Maghraby và cộng sự đã đánh giá độ bền nén và trạng thái của vật liệu tổ hợp thạch cao – polyme trong các protein miễn dịch mô phỏng cơ thể người (SBF) [15] Polyme được nghiên cứu gồm polyvinyl alcohol (PVA) (PI)

và copolyme của nó với vinyl axetat và axit itaconic (PII) cùng với vinyl axetat

và vinyl clorua (PIII) Vật liệu tổ hợp có độ bền nén cao nhất đã được chọn để thử nghiệm trong trong dung dịch SBF Sự thay đổi nồng độ các ion Ca2+ và

PO43-, mất khối lượng và hình thái học của các mẫu được theo dõi sau khi ngâm trong dung dịch SBF Kết quả cho thấy sự hấp phụ thạch cao xảy ra đồng thời với sự lắng đọng apatit trong tất cả các mẫu vật liệu tổ hợp, bao gồm polyme-thạch cao

Hình 1.8 Ảnh FE-SEM chụp bề mặt nứt gãy của vật liệu tổ hợp sử dụng (a) thạch cao ban đầu, (b) thạch cao-PI (poly(vinyl ancol), (c) thạch cao-PII (poly (vinyl ancol-co-vinyl axetat-co-axit itaconic)), và (d) thạch cao-PIII (poly(vinyl clorua – co-vinyl axetat – co-vinyl ancol)) sau khi ngâm trong

dung dịch SBF 7 ngày

Một loại vật liệu tổ hợp vô cơ-hữu cơ với khả năng chịu uốn cao có thể được chế tạo từ cao su styren-butadien (SBR) và thạch cao Hình thái cấu trúc

và tính chịu uốn của vật liệu tổ hợp SBR/thạch cao đã được J.C Rubio-Avalos

và cộng sự nghiên cứu [16] Bằng cách sử dụng một cấu trúc tinh thể gốm sứ (tinh thể đơn tà thạch cao), trên cơ sở phân tích tính chất cơ và hình thái cấu trúc, các tác giả nhận thấy sự phát triển của một mạng lưới polyme đan xen với nền gốm cũng như sự hình thành một màng polyme trong nền Vai trò của cao

su đối với vật liệu tổ hợp cao su/thạch cao làm tăng độ đàn hồi và độ uốn Do

đó, nó được xem là vật liệu gốm lai tạo dễ uốn hơn hay đàn hồi hơn (với tỷ trọng thấp) và được phát triển cho các gốm sứ xây dựng

Zaki Ajji đã nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp PS/CaSO4 tinh khiết bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma Một số tính chất vật lý và ảnh hưởng của liều chiếu xạ lên vật liệu PS/CaSO4 đã được nghiên cứu bao gồm: cường độ nén, độ cứng, độ bền nhiệt trong oxy hay nitơ và thay đổi khối lượng trong dung dịch nước với các giá trị pH khác nhau Nhiệt độ chuyển thuỷ tinh, cường độ nén của PS và PS/CaSO4 tăng khi tăng liều chiếu xạ đến trạng thái ổn định và nhiệt

độ chuyển thuỷ tinh của PS thấp hơn so với các loại vật liệu PS/CaSO4 Liều chiếu xạ dường như không ảnh hưởng đến nhiệt độ phân huỷ và độ cứng của

PS hoặc PS/CaSO4 và nhiệt độ phân huỷ trong môi trường nitơ cao hơn môi trường oxy

1.5.3 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài

Trong những năm gần đây, vật liệu polyme phân hủy sinh học và vật liệu compozit sinh học đã nhận được sự quan tâm từ nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước điều này đã được đề cập trong [17] Trong số các nhựa phân hủy sinh học đã được thương mại hóa, poly(axit lactic) (PLA) đã nhận được nhiều chú ý hơn so với các polyester khác do có nhiều đặc tính nổi bật PLA có thể được chế tạo từ các tính bột được lên men như bột sắn, bột bắp [18] Đây là polyme bán tinh thể có nhiều tính chất tốt như độ bền cơ học cao, dễ gia công, khả năng tương hợp và phân huỷ sinh học Bên cạnh đó, nhựa PLA với nhiều nghiên cứu do có nhiều ưu điểm như độ bền cơ lý, cùng với khả năng chống cháy, chống bức xạ tử ngoại, ít bị phai màu [19] Trong môi trường ẩm, đặc biệt khi có mặt axit và bazơ, nó dễ bị thuỷ phân [20] Nhờ tính chất cơ học cao

và khả năng tương thích sinh học tốt, PLA được ứng dụng phổ biến trong bao

bì thực phẩm, chỉ khâu vết thương và dẫn thuốc [21-23] Trong nghiên cứu

“Characterization of PLA-limonene maxis for food packaging apphcations”