Nghiên cứu chế tạo tấm vách ngăn từ rác thải khẩu trang y tế bằng phương pháp ép nhiệt

x DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt KTYT-1L Khẩu trang y tế dùng 1 lần Non – woven fabric Vải không dệt Vải không dệt kết hợp nhiều lớp Các kiểu cấu nh

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM VÁCH NGĂN

TỪ RÁC THẢI KHẨU TRANG Y TẾ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ÉP NHIỆT

GVHD: TS NGUYỄN VŨ VIỆT LINH

TS TRẦN THANH TÂM SVTH: BÙI NGỌC TIẾN

S K L 0 0 9 1 8 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM VÁCH NGĂN TỪ

RÁC THẢI KHẨU TRANG Y TẾ BẰNG

Tp Hồ Chí Minh, 25 tháng 8 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MSSV: 18130045 Khóa: K18

Tp Hồ Chí Minh, 25 tháng 8 năm 2022

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM VÁCH NGĂN TỪ

RÁC THẢI KHẨU TRANG Y TẾ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ÉP NHIỆT

TS TRẦN THANH TÂM

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TPHCM

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

CỘNG HÒA - XÃ HỘI - CHỦ NGHĨA - VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 2 năm 2022

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN VŨ VIỆT LINH

2 Nội dung chính của khóa luận:

• Tổng quan tài liệu liên quan tới đề tài nghiên cứu

• Nghiên cứu quy trình chế tạo tấm ngăn từ rác thải khẩu trang y tế

• Khảo sát ảnh hưởng của thông số kỹ thuật như: nhiệt độ, thời gian ép đến hình thái và tính chất của tấm RPP từ rác thải khẩu trang y tế

• Đánh giá tính chất của tấm RPP bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), cơ tính, phân tích nhiệt, chỉ số chảy (MFI), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, độ truyền qua, khả năng chống thấm nước

3 Các sản phẩm dự kiến: Tấm RPP (mô hình tấm vách ngăn) từ rác thải khẩu

trang y tế

4 Ngày giao đồ án: 25/02/2022

5 Ngày nộp đồ án:

6 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt 

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt 

TRƯỞNG BỘ MÔN

(Ký, ghi rõ họ tên)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

ii

TS TRẦN THANH TÂM

Cơ quan công tác của giảng viên hướng dẫn: Đại Học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố

Hồ Chí Minh, Đại Học Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh

Địa chỉ: 1 Võ Văn Ngân, phường Linh Chiểu, Thành phố Thủ Đức

263 Lê Văn Sĩ, phường 1, quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:

2 Tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên:

3 Ưu điểm:

4 Khuyết điểm:

5 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

6 Điểm:……….(Bằng chữ:……… ………)

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên thực hiện: Bùi Ngọc Tiến MSSV: 18130045

Ngành: Công Nghệ Vật Liệu

Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo tấm vách ngăn từ rác thải khẩu trang y tế bằng

phương pháp ép nhiệt”

Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN VŨ VIỆT LINH

iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực hiện: Bùi Ngọc Tiến MSSV: 18130045

Ngành: Công nghệ vật liệu

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo tấm vách ngăn từ rác thải khẩu trang y tế bằng

phương pháp ép nhiệt

Họ và tên Giáo viên phản biện:

Cơ quan công tác của GV phản biện:

Địa chỉ:

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Kiến nghị và câu hỏi:

5 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

6 Điểm:……….(Bằng chữ:……… ………)

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan khóa luận tốt nghiệp này là nghiên cứu của cá nhân chúng tôi Với

sự hướng dẫn của TS Nguyễn Vũ Việt Linh và TS Trần Thanh Tâm Chúng tôi xin cam đoan các số liệu trong công trình này là do chính chúng tôi thực hiện và xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Các số liệu và kết quả trong luận văn tốt nghiệp thuộc quyền sở hữu của giảng viên hướng dẫn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 8 năm 2022

Sinh viên thực hiện

Bùi Ngọc Tiến

v

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, quý thầy cô bộ môn Công nghệ vật liệu đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu để tôi có được nền tảng kiến thức như hôm nay, giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp và ứng dụng trong thực tế về sau

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Vũ Việt Linh giảng viên Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM và Giảng viên hướng dẫn TS Trần Thanh Tâm

giảng viên Đại học Tài nguyên môi trường TP Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn

và truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm, kỹ năng và kiến thức quan trọng Thầy cô

đã luôn hỗ trợ cho tôi về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Xin chân thành cảm ơn bộ môn Công nghệ Vật Liệu – Khoa Khoa học ứng dụng

đã hỗ trợ trang thiết bị, cơ sở vật chất và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Xin cảm ơn gia đình, người thân đã tạo điều kiện tốt nhất để giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập rèn luyện trong 4 năm học và thực hiện đề tài,

là chỗ dựa tinh thần và vật chất rất lớn để bản thân tôi có thể hoàn thành đề tài và học tập trong suốt bốn năm qua

Cảm ơn toàn thể bạn bè của lớp 181300 đã luôn đồng hành và giúp đỡ tôi trong bốn năm học qua, đặc biệt gửi lời cảm ơn đến nhóm bạn thân luôn bên cạnh, động viên và hỗ trợ tôi những lúc khó khăn trong suốt quá trình cùng nhau học tập

Trong quá trình thực hiện khóa luận, mặc dù tôi đã được trau dồi và học hỏi những kiến thức và kinh nghiệm, tuy nhiên cũng không thể tránh được những thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của Quý thầy, cô và các bạn để nâng cao kiến thức, phục vụ cho quá trình học tập và công tác sau này Tôi xin chân thành cảm ơn!

Xin kính chúc Quý thầy cô và các bạn mọi điều tốt đẹp!

vi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Tình hình sử dụng khẩu trang y tế dùng một lần thành phần chính là vải không dệt từ nhựa PP, ở Việt Nam và trên thế giới kể từ đại dịch đến nay tăng rất cao lên đến hàng tỷ chiếc mỗi ngày trên toàn thế giới Tuy nhiên, chưa có quy định hay biện pháp cụ thể nào xử lý rác này nên chúng đang bị thải vào thiên nhiên gây ô nhiễm vi nhựa do sự phân rã ra kích thước micromet đến nanomet của khẩu trang y tế dùng một lần Chính vì vậy, nghiên cứu tái chế khẩu trang đã qua sử dụng được tiến hành

để hạn chế ô nhiễm môi trường, tạo nền kinh tế tuần hoàn cho khẩu trang y tế

Đề tài “Nghiên cứu chế tạo tấm vách ngăn từ rác thải khẩu trang y tế bằng phương pháp ép nhiệt” gồm 2 phần chính

- Phần 1: Khảo sát nguyên liệu và nhiệt độ ép, thời gian ép khẩu trang Đánh giá

về thành phần cấu trúc của nguyên liệu, chỉ số chảy và các khoảng nhiệt độ chuyển hóa của vật liệu

- Phần 2: Chế tạo tấm ép khẩu trang tái chế bằng phương pháp ép nhiệt với thông

số nhiệt: 165 °C, 170 °C, và 175 °C ở các khoảng thời gian lưu nhiệt: 10 phút, 15 phút, 20 phút và 25 phút Sau đó so sánh kết quả cơ tính các mẫu: Độ bền kéo, độ biến dạng và Young’s Modulus Đánh giá khả năng tạo hình, độ truyền quang của tấm ép, các khả năng kháng nước kháng hóa chất của tấm ép Từ kết quả nghiên cứu thu được: tấm ép khẩu trang tái chế có khả năng kháng nước, kháng acid và bazo Tấm ép ở thông số 170 °C – 15 phút có cơ tính tốt nhất: độ bền kéo là 32,949 ± 3,14 MPa, độ giãn dài tại điểm đứt là 5,23 ± 0,65%, Young’s Modulus là 1991,1 ± 59,63 MPa

vii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iv

LỜI CẢM ƠN v

TÓM TẮT KHÓA LUẬN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x

DANH MỤC BẢNG xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH xii

PHẦN MỞ ĐẦU xv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 1

1.1.1 Nguồn nguyên liệu 1

1.1.2 Xu hướng kinh tế tuần hoàn và hướng giải quyết 2

1.1.3 Một số nghiên cứu về tái chế khẩu trang y tế dùng một lần 4

1.2 Thành phần hóa học, tính chất 6

1.2.1 Thành phần cấu tạo của khẩu trang y tế 6

1.2.2 Vải không dệt Polypropylene 9

1.3 Tổng quan về nhựa Polypropylene 12

1.3.1 Lịch sử nguồn gốc nhựa Polypropylene 12

1.3.2 Nhựa Polypropylene 13

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU 17

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 17

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 17

2.1.2 Dung cụ và thiết bị 18

2.2 Quy trình thực hiện 21

2.2.1 Quy trình xử lý và chuẩn bị nguyên liệu 21

2.2.2 Quy trình ép nhiệt 22

2.3 Phương pháp đánh giá, phân tích tính chất của tấm RPP-Xanh 24

2.3.1 Chỉ số chảy nhựa 24

viii

2.3.2 Phương pháp phân tích nhiệt và nhiệt trọng lượng 25

2.3.3 Tính chất cơ học 26

2.3.4 Quan sát bằng hình thái mẫu bằng kính hiển vi 28

2.3.5 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR 30

2.3.6 Phân tích độ dày 30

2.3.7 Phân tích quang phổ hấp phụ phân tử 31

2.3.8 Khả năng kháng hóa chất 31

2.3.9 Phân tích độ cứng Shore 32

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 34

3.1 Đánh giá nguyên liệu 34

3.1.1 Đánh giá quang phổ hồng ngoại FTIR 34

3.1.2 Hình thái của nguyên liệu khẩu trang 36

3.1.3 Nhiệt lượng quét vi sai và nhiệt trọng lượng 37

3.1.4 Chỉ số chảy 38

3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tấm RPP-Xanh 39

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ép 39

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian ép 42

3.3 Đánh giá tính chất sản phẩm tấm RPP-Xanh 43

3.3.1 Thành phần hóa học bằng FTIR 43

3.3.2 Độ dày và khối lượng tấm RPP 44

3.3.3 Đánh giá cơ tính 46

3.3.4 Đánh giá hình thái 52

3.3.5 Quang phổ hấp phụ UV-VIS 54

3.3.6 Đánh giá góc tiếp xúc 56

3.3.8 Đánh giá kháng hóa học 57

3.3.9 Tấm RPP-Trắng từ khẩu trang thải nhà máy 58

3.4 Đánh giá khả năng ứng dụng 61

3.4.1 Khối lượng nguyên liệu 61

3.4.2 Độ cứng tấm RPP 62

ix

3.4.3 Khả năng ứng dụng 63

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

4.1 KẾT LUẬN 65

4.2 KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

x

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

KTYT-1L Khẩu trang y tế dùng 1 lần

Non – woven fabric Vải không dệt

Vải không dệt kết hợp nhiều lớp

Các kiểu cấu nhựa PP

RPP Recycled Plastic Panel Tấm nhựa tái chế từ rác thải

khẩu trang y tế

RPP-Trắng Tấm nhựa tái chế từ rác thải

khẩu trang trắng từ nhà máy

RPP- Xanh

Tấm nhựa tái chế từ rác thải khẩu trang xanh đã qua sử dụng

KT-Xanh KT-Xanh: khẩu trang y tế

đã qua sử dụng màu xanh

KT-Trắng KT-Trắng: khẩu trang y tế

thải từ nhà máy màu trắng

xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 17

Bảng 2.2 Dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu 18

Bảng 2.3 Bảng thông số khảo sát thời gian và nhiệt độ tạo mẫu tấm RPP-Xanh 24

Bảng 2.4 Thông số kích thước quả tạ được cắt theo tiêu chuẩn ASTM D638 27

Bảng 3.1 Các đỉnh tiêu biểu nhất được tìm thấy trong phổ FTIR của PP nguyên sinh, KTYT-1L [14] 34

Bảng 3.2 Độ dày tấm RPP-Xanh ở các nhiệt độ khác nhau 41

Bảng 3.3 Độ dày của tấm RPP-Xanh theo thời gian và nhiệt độ (mm) 44

Bảng 3.4 Khối lượng tấm RPP-Xanh theo thời gian và nhiệt độ (g) 45

Bảng 3.5 Kết quả cơ tính trung bình các tấm RPP - Xanh khẩu trang theo nhiệt độ và thời gian 46

Bảng 3.6 Khối lượng mẫu thử kháng hóa học sau 24 giờ và 168 giờ 58

Bảng 3.7 Kết quả cơ tính trung bình của mẫu RPP-Trắng khẩu trang thải từ nhà máy 59

Bảng 3.8 Khối lượng nguyên liệu 61

Bảng 3.9 Kết quả độ cứng Shore kiểu D của tấm RPP (N/mm2) 62

xii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tình hình gia tăng lượng sử dụng khẩu trang trên thế giới [5] 2

Hình 1.2 Các loại khẩu trang phổ biến và hiệu suất kháng khuẩn [9] 7

Hình 1.3 Thống kê các loại khẩu trang được dùng nhiều nhất [9] 8

Hình 1.4 Các lớp của khẩu trang y tế dùng một lần 9

Hình 1.5 Tác động lâu dài của ô nhiễm vi nhựa từ KTYT-1L [11] 12

Hình 1.6 Nhu cầu sử dụng nhựa trên thế giới năm 2006 13

Hình 1.7 Phản ứng trùng hợp Polypropylene 14

Hình 1.8 Cấu trúc Atactic Polypropylene 14

Hình 1.9 Cấu trúc Isotactic polypropylene 14

Hình 1.10 Cấu trúc Syndiotactic polypropylene 15

Hình 2.1 Thiết bị cân phân tích OHAUS Scout SPX 223 (Việt-Mỹ) 19

Hình 2.2 Thiết bị máy ép nhựa gia nhiệt BAOPIN 20

Hình 2.3 Khuôn ép mẫu 20

Hình 2.4 Sơ đồ hình ảnh quy trình xử lý và chuẩn bị nguyên liệu khẩu trang 21

Hình 2.5 Cân 50g vụn 22

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình ép tạo tấm khẩu trang y tế tái chế 22

Hình 2.7 Vụn khẩu trang trải đều trên khuôn ép 23

Hình 2.8 Tấm ép thô: (A) Tấm ép thô từ khẩu trang đã qua sử dụng, (B) Tấm ép thô từ rác thải khẩu trang nhà máy 23

Hình 2.9 Mẫu tấm RPP thành phẩm: (A) Tấm nhựa tái chế từ rác thải khẩu trang xanh đã qua sử dụng, (B) Tấm nhựa tái chế từ rác thải khẩu trang trắng từ nhà máy 24

Hình 2.10 Máy đo chỉ số chảy MFI452a 25

Hình 2.11 Máy phân tích nhiệt vi sai LABSYS evo STA 1150 26

Hình 2.12 Bản vẽ minh họa mẫu quả tạ kiểu IV theo tiêu chuẩn ASTM D638 27

Hình 2.13 Dao cắt và quả tạ kiểu IV tiêu chuẩn ASTM D638 28

Hình 2.14 Kính hiển vi quang học Olympus MX51 28

Hình 2.15 Thiết bị chụp ảnh SEM TM4000Plus 29

Hình 2.16 Thiết bị chụp FE-SEM S4800 30

Hình 2.17 Thiết bị quang phổ hồng ngoại FTIR Nicolet 6700 30

Hình 2.18 Thước cặp điện tử MITUTOYO 31

Hình 2.19 Thiết bị đo quang phổ hấp phụ phân tử UV-Vis 31

Hình 2.20 Mẫu RPP-Xanh ngâm hóa chất 32

Hình 2.21 Đồng hồ đo độ cứng Shore GS-709N type D 33 Hình 3.1 Phổ FTIR của khẩu trang y tế đã qua sử dụng, khẩu trang thải nhà máy 35

xiii

Hình 3.2 Phổ FTIR của nhựa PP nguyên sinh [15] 35

Hình 3.3 Ảnh chụp các lớp vải không dệt PP và ảnh SEM của lớp vải không dệt 36 Hình 3.4 Biểu đồ DSC -TGA của KTYT-1L 38

Hình 3.5 Ảnh chụp bề mặt mẫu tấm RPP-Xanh ở các nhiệt độ khác nhau 40

Hình 3.6 Ảnh chụp bằng kính hiển vi quang học OM của mặt cắt ngang mẫu tấm RPP-Xanh ở các nhiệt độ 41

Hình 3 7 Ảnh chụp bề mặt tấm RPP-Xanh ở nhiệt độ 165 °C ở các thời gian ép 42

Hình 3.8 Ảnh chụp bề mặt tấm RPP-Xanh ở nhiệt độ 170 °C ở các thời gian ép 42

Hình 3.9 Ảnh chụp bề mặt tấm RPP-Xanh ở nhiệt độ 175 °C ở các thời gian ép 42

Hình 3.10 Phổ FTIR của KTYT-1L và tấm ép RPP-Xanh ở 175 ℃ - 25 phút 43

Hình 3.11 Độ dày các tấm RPP-Xanh khẩu trang theo nhiệt độ và thời gian 45

Hình 3.12 Đồ thị (a) Stress – Strain, (b) đồ thị Young’s Modulus của tấm RPP-Xanh ở 165 oC ở các thời gian khác nhau 47

Hình 3.13 Đồ thị (a) Stress – Strain, (b) đồ thị Young’s Modulus của tấm RPP-Xanh ở 170 oC qua các thời gian khác nhau 48

Hình 3.14 Đồ thị (e) Stress – Strain, (f) đồ thị Young’s Modulus của tấm RPP-Xanh ở 175 °C ở các thời gian khác nhau 49

Hình 3.15 Đồ thị Young’s Modulus của tấm RPP-Xanh ở thời gian và nhiệt độ khác nhau 50

Hình 3.16 Đồ thị (a) Stress-Strain mẫu tốt nhất, (b) đồ thị Young’s Modulus tốt nhất ở nhiệt khác nhau 50

Hình 3.17 Độ bền kéo của các tấm RPP-Xanh khẩu trang theo nhiệt độ và thời gian 51

Hình 3.18 Ảnh SEM bề mặt tấm RPP-Xanh 52

Hình 3.19 Ảnh mẫu quả tạ đứt ở nhiệt độ 165 oC 52

Hình 3.20 Ảnh mẫu quả tạ đứt ở nhiệt độ 170 oC 53

Hình 3.21 Ảnh mẫu quả tạ đứt ở nhiệt độ 175 oC 53

Hình 3.22 Ảnh Cross-Fracture của mẫu quả tạ ở các nhiệt độ khác nhau 53

Hình 3.23 Ảnh FESEM mặt cắt ngang tấm RPP-Xanh ở các nhiệt độ khác nhau 54

Hình 3.24 Biểu đồ UV-Vis mẫu khẩu trang tái chế ở vùng bước sóng 200 – 300 nm 55

Hình 3.25 Biểu đồ UV-Vis mẫu khẩu trang tái chế ở vùng bước sóng 200 – 800 nm 55

Hình 3.26 Ảnh chụp góc tiếp xúc của tấm RPP-Xanh 56

Hình 3.27 Ảnh mẫu RPP-Xanh trước và sau khi ngâm hóa chất 168 giờ 57

Hình 3.28 Ảnh chụp các tấm RPP-Trắng 58

xiv

Hình 3.29 Ảnh chụp mặt phẳng dọc tấm RPP 59 Hình 3.30 Đồ thị Stress-Strain của tấm RPP-Trắng ở thời gian gia công ép khác

nhau 60

Hình 3.31 Đồ thị (a) Young’s Modulus, đồ thị (b) Độ bền kéo của RPP-Trắng và

RPP-Xanh theo thời gian 60

Hình 3.32 Biểu đồ độ cứng Durometer Shore thông dụng nhất [24] 63

xv

PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Kể từ lần đầu xuất hiện vào cuối tháng 11 năm 2019 ở thành phố Vũ Hán tỉnh Hồ Bắc (Trung Quốc) và lây lan toàn cầu vào cuối tháng 12 năm 2019, đến nay đã kéo dài hơn 2 năm đại dịch Covid-19 do virus Corona (ban đầu là SARS-CoV-2) gây ra Đến nay COVID-19 đã khiến hơn 5 triệu người tử vong trên toàn cầu (theo cập nhật của trang Worldometers), nó khủng khiếp hơn rất nhiều so với hầu hết các dịch bệnh do virus khác trong thế kỷ 20 và 21 chỉ gây tử vong ở hàng ngàn, hàng chục ngàn người Đại dịch Covid-19 gây ra sự khủng hoảng tâm lý khủng khiếp cho loài người: thiệt hại tính mạng, nhiều di chứng ảnh hưởng sức khỏe, thiệt hại về kinh tế - tài chính… cho nhiều quốc gia và cả Việt Nam Bằng sự lây lan rất dễ dàng qua đường hô hấp với các biến chủng và mã gen vượt xa khả năng sự tiến bộ của y học loài ngoài hiện tại, chúng ta vẫn chưa thể tìm ra thuốc đặc trị loại virus này; chỉ có thể sản xuất ra vaccine phòng tránh và thực hiện các biện pháp chống lây nhiễm Nhà nước, bộ y tế khuyến cáo thực hiện các biện pháp phòng chống dịch theo thông điệp 5K là: khẩu trang, khử khuẩn, khoảng cách, không tập trung, khai báo y tế Hiện nay việc sử dụng khẩu trang y tế để phòng chống dịch và được coi như là vật bất ly thân khi di chuyển trong cộng đồng Trước khi đại dịch xảy ra, các loại khẩu trang y tế và khẩu trang vải được sử dụng khá nhiều; trong đại dịch và cho đến bây giờ tất cả mọi người, mọi lứa tuổi đều sử dụng các loại khẩu trang y tế sử dụng 1 lần như một các phòng chống dịch và dần hình thành thói quen Chiếc khẩu trang y

tế trở thành một vật dụng thiết yếu và bất ly thân của mỗi người khi đi ra ngoài dần hình thành thói quen có điều kiện của mỗi người bởi sự tiện lợi khi sử dụng 1 lần rồi

bỏ, khả năng chống lây lan dịch cao và giá thành rẻ Nhưng song song với việc sử dụng rất nhiều và sử dụng 1 lần của khẩu trang y tế dùng 1 lần (KTYT-1L) ấy gây

ra sự khủng hoảng về rác thải y tế và khả năng tái sử dụng chúng với số lượng khổng lồ KTYT-1L hầu hết được sản xuất từ nhựa Polypropylene (PP) với thời gian phân rã lên đến hàng trăm năm tùy thuộc vào điều kiện môi trường, chúng phân rã thành các hạt vi nhựa PP ở kích thước nano gây ô nhiễm vi nhựa rất nguy hiểm cho môi trường, hệ sinh thái và cả con người với rất nhiều hậu quả nghiêm trọng Dễ dàng tìm đọc được rất nhiều bài báo, nghiên cứu và khuyến cáo rằng vi nhựa gây ô nhiễm cho mỗi trường đất, nước, không khí; Vi nhựa hấp thụ các chất hữu có có hại và chất độc tích tụ hình thành các vi sinh vật có hại Sự tích tụ vi nhựa gây ra nhiều bệnh, nguy cơ tử vong cho nhiều loài động vật và cả con người Hậu quả vô cùng nghiêm trọng đã được các chuyên gia nghiên cứu và cảnh báo nhưng

xvi

đến nay vẫn chưa biện pháp xử lý rác thải khẩu trang y tế và thường được vứt bỏ trực tiếp ra môi trường, phương pháp đốt, chôn lấp để giải quyết các rác thải đó

Hình 1 Ảnh hưởng của khẩu trang KTYT-1L [1]

Vì vậy lượng rác thải khẩu trang y tế khổng lồ thải ra môi trường ngày càng tăng, dẫn đến ô nhiễm vi nhựa, ô nhiễm môi trường, gây hiệu ứng nhà kính Việc sử dụng một loại nguyên liệu mới, thân thiện môi trường thay thế cho khẩu trang y tế đang rất cần thiết và được quan tâm trong những năm gần đây Nhưng chưa có vật liệu thân thiện môi trường nào thay thế hiệu quả và tối ưu hơn là khẩu trang y tế sản xuất bằng nhựa PP Vậy có cách thực tế hơn đó chính là thu gom, xử lý và tái chế khẩu trang y tế Nhận thấy tình hình, xu hướng hiện tại em đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo tấm vách ngăn từ rác thải khẩu trang y tế bằng phương pháp ép nhiệt”

Có thể thấy rằng, số lượng người dùng khẩu trang y tế và số lượng rác thải KTYT-1L là rất lớn ở nước ta và cả trên thế giới là nguồn nguyên liệu dồi dào Hơn nữa, nhựa PP là loại nhựa thân thiện và có thể tái chế với kí hiệu nhựa tái chế loại 5 nhiều đặc tính ứng dụng tốt Vì vậy đây chính là điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu

và phát triển của đề tài tái chế này Việt Nam cần đưa ra hướng giải quyết thu gom,

xử lý và tái chế phù hợp để giảm thiểu lượng rác thải từ khẩu trang y tế, nhằm bảo

vệ môi trường và giảm sự lây lan của dịch bệnh, cũng như bảo vệ sức khỏe con người

Trong tương lai, nếu phát triển tốt và tối ưu các quy trình từ thu gom, xử lý đến quy trình tái chế và ứng dụng từ rác thải khẩu trang tái chế thì có thể giải quyết

Nội dung đề tài

• Tổng quan tài liệu liên quan tới đề tài nghiên cứu

• Nghiên cứu quy trình chế tạo tấm ngăn từ rác thải khẩu trang y tế

• Khảo sát ảnh hưởng của thông số kỹ thuật như: nhiệt độ, thời gian ép đến hình thái và tính chất của tấm nhựa tái chế từ rác thải khẩu trang y tế (Recycled Plastic Panel - RPP)

Đánh giá tính chất của tấm RPP bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), cơ tính, phân tích nhiệt, chỉ số chảy (MFI), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, độ truyền qua, khả năng chống thấm nước

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Dựa trên các nghiên cứu đánh giá trước đó, khảo sát lại các đặc tính, tính chất, cấu tạo và số lượng rác thải khẩu trang y tế dùng 1 lần Nghiên cứu trên nhằm mục tiêu mang lại tính ứng dụng, tạo ra quy trình tái chế và thúc đẩy các nghiên cứu tái chế

và giải quyết rác thải KTYT-1L nhằm tái chế rác thải nhựa này, giảm thiểu ô nhiễm

vi nhựa

Biến rác thải từ khẩu trang y tế thành sản phẩm mang tính ứng dụng, giảm nguồn nguyên liệu, làm nguyên liệu đầu vào cho ngành khác, giảm chi phí xử lý rác thải, mang lại giá trị kinh tế hướng đến bền vững môi trường

Sử dụng phương pháp ép nhiệt - phương pháp đơn giản để chuyển rác thải khẩu trang thành sản phẩm có giá trị, đáp ứng các thông số phù hợp về cơ tính Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thúc đẩy nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của con người Ngoài ra nâng cao tính chủ động về khoa học công nghệ trong xử lý rác thải KTYT-1L, nâng cao ý thức con người về tác hại của loại rác thải nhựa này – ô nhiễm vi nhựa Thúc đẩy các nghiên cứu, phát triển các công trình thu gom tái chế rác thải nhựa, tạo nên nền kinh tế tuần hoàn

Trong số nhiều mối quan tâm về môi trường đang gia tăng trong xã hội ngày nay,

ô nhiễm nhựa đã trở thành một điểm nóng thu hút sự chú ý ngày càng tăng Chất thải nhựa nổi tiếng là ảnh hưởng đến môi trường ở cả phạm vi vĩ mô và vi mô do có nhiều loại, kích cỡ, cũng như các chất gây ô nhiễm liên quan và khả năng chống suy thoái Do đó, rất khó tái chế phần lớn chất thải nhựa và hiện tại, chỉ có 9% ở Hoa

Kỳ và 12% trên toàn cầu được tái chế cơ học [2][3] Polypropylene (PP) hiện là một trong những trong số các loại nhựa được sử dụng phong phú nhất và nó chiếm 16% sản lượng nhựa toàn cầu[3] Gần 55 triệu tấn PP đã được sản xuất vào năm 2015 và những con số này đang tăng lên nhanh chóng nhờ các ứng dụng linh hoạt của nó [4] Nó được sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp như bao bì, xây dựng, ô tô

và thể thao, v.v, trong đó có cả khẩu trang y tế Do đó, chất thải PP được tạo ra có thể có các đặc tính và chất gây ô nhiễm rất khác nhau tùy thuộc vào cách nó được

sử dụng

Mặc dù chưa có báo cáo chính thức về số lượng khẩu trang được thải bỏ, nhưng các nghiên cứu ước tính hàng tỷ chiếc mỗi tháng Khẩu trang giúp ngăn ngừa sự lây lan của Coronavirus và các bệnh khác, và việc đeo khẩu trang được các tổ chức y tế

và hầu hết các quốc gia khuyến khích để kiểm soát đại dịch COVID-19 Các nghiên cứu gần đây ước tính có khoảng 129 tỷ khẩu trang được sử dụng trên toàn cầu mỗi tháng (3 triệu/ phút) và hầu hết là khẩu trang dùng một lần được làm từ sợi vi nhựa Polypropylene[4]

Mô hình sử dụng khẩu trang toàn cầu hàng ngày của Nzediegwu và Chang (2020), các nhà nghiên cứu ước tính rằng 6,88 tỷ (khoảng 206,470 tấn) chiếc khẩu trang y tế được thải ra trên khắp thế giới mỗi ngày, được đưa đến bãi chôn lấp hoặc thiêu hủy Trung Quốc là nhà sản xuất khẩu trang y tế lớn nhất thế giới đã tăng sản lượng lên hơn 100 triệu chiếc mỗi ngày theo thống kê vào ngày 10 tháng 3 năm 2020

Qua đó thấy được, số lượng rác thải nhựa từ rác thải khẩu trang y tế dùng một lần trước đại dịch Covid – 19 đã lớn, trong đại dịch và sau đại dịch con số ấy còn khổng

lồ hơn từng ngày Khi mà việc mang khẩu trang y tế dùng 1 lần đã dần trở nên thiết yếu và quen thuộc, được sử dụng mỗi ngày thì tương đương số lượng rác thải từ loại nhựa này vẫn sẽ không ngừng tăng Đấy chính là áp lực rất lớn cho sự ô nhiễm vi nhựa, ô nhiễm môi trường làm ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái, sức khỏe con người,

Quốc 83%, Italy 81% (Hình 1.1) trong những quốc gia khảo sát Trong tình hình

dịch Covid-19, lượng rác thải y tế nói chung và khẩu trang y tế nói riêng sẽ còn tăng cao

Hình 1.1 Tình hình gia tăng lượng sử dụng khẩu trang trên thế giới [5]

Việt Nam cũng là một trong những quốc gia đã trải qua những ảnh hưởng nặng

nề của đại dịch Covid-19 Kéo theo đó là lượng rác thải y tế cũng như rác thải khẩu trang y tế tăng rất cao Chưa có những thống kê cụ thể, nhưng chỉ theo vài khảo sát như Thủ đô Hà Nội với dân số khoảng 8 triệu dân, mỗi ngày thải ra 160 tấn chất thải y tế khi cao điểm dịch Với hiện tại gần 100 triệu dân, có tỉ lệ khảo sát người tin dùng khẩu trang y tế lên đến 91%, cao nhất khu vực Châu Á Thái Bình Dương Tương đương lượng rác từ KTYT-1L cả thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng thải ra mỗi giờ mỗi ngày là một số lượng rất lớn Chúng tích tụ theo thời gian nhưng không được xử lý đúng cách mà cứ chôn lấp, đốt hay thải trực tiếp ra môi trường đất, nước, biển thì hậu quả của nó sẽ cực kì nguy hại

1.1.2 Xu hướng kinh tế tuần hoàn và hướng giải quyết

Kinh tế tuần hoàn là một hệ thống công nghiệp phục hồi hoặc tái tạo theo ý định

và thiết kế Nó chuyển sang sử dụng năng lượng tái tạo, loại bỏ việc sử dụng các hóa chất độc hại và chất thải gây suy giảm khả năng tái sử dụng thông qua thiết kế ưu

Để giảm thiểu ảnh hưởng rác thải nhựa cũng như rác thải từ KTYT-1L với môi trường chỉ có thể giải quyết bằng ba cách chính sau [6]

Cách 1: Nghiên cứu, sử dụng các nguyên vật liệu thân thiện môi trường có khả năng phân hủy sinh học thay thế các loại nguyên liệu khó phân hủy gây ô nhiễm môi trường

Hiện nay đã có một số sản phẩm khẩu trang phân hủy sinh học được nghiên cứu thành công có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện môi trường với công nghệ kháng khuẩn cao Nhưng giá thành còn cao, chưa sử dụng rộng rãi.Cách 2: Thực hiện quy định về việc giảm thiểu, hạn chế sản xuất, sử dụng nhựa từng quốc gia và toàn cầu

Hiện chưa có quy định nào về việc hạn chế sản xuất và sử dụng đối với các loại đồ bảo hộ y tế (PPE), đặc biệt là KTYT-1L bằng nhựa Chính bởi nhiều ưu điểm về ứng dụng, sử dụng và kinh tế cũng như mức độ hiệu quả cao từ nguồn nguyên liệu nhựa nên chưa thể thay thế nguồn nguyên liệu này

Cách 3: Phát triển công nghệ, quy trình tái sử dụng nhựa

Xu hướng kinh tế toàn cầu nổ ra từ nhận thức và biểu hiện thực tế của ảnh hưởng nặng nề từ rác thải nhựa đã thúc đẩy nhiều nghiên cứu và tái sử dụng, tái chế rác thải nhựa thành các sản phẩm hay nguyên phụ liệu khác

Môt nước phát triển trên thế giới đã quan tâm và có những luật ban hành trong việc cấm sử dụng nhựa cho một số sản phẩm, đầu tư phân loại và xử lý rác thải rất nghiêm ngặt, hiện đại Tuy nhiên, ở các nước chưa phát triển và đang phát triển trong đó có Việt Nam vẫn chưa quan tâm nhiều đến chất thải nhựa, chưa có quy định về việc thu gom, xử lý đúng các loại rác thải nhựa Rác thải từ y tế, nhất là khẩu trang y tế sử dụng 1 lần là một trong những nguồn rác thải lớn nhưng Việt Nam chưa có quy định thu gom xử lý đúng chuẩn Vì vậy, nguyên cứu này mở ra xu hướng tái chế rác thải nhựa, đặc biệt là KTYT-1L đẩy mạnh ý thức bảo vệ môi trường ở Việt Nam Tạo ra sản phẩm có giá trị ứng dụng, tạo ra nền kinh tế tuần hoàn

4

1.1.3 Một số nghiên cứu về tái chế khẩu trang y tế dùng một lần

Đã có rất nhiều bài báo và nghiên cứu đánh giá về lượng rác thải và nguy hại từ lượng rác thải khẩu trang y tế từ trước, trong và sau đại dịch COVID – 19 Cũng từ

đó đã có các nghiên cứu về việc tái chế khẩu trang y tế dùng một lần theo 2 hướng

là tái chế trực tiếp thành sản phẩm khác và phối trộn với một hoặc một số nguyên vật liệu khác để hướng đến các ứng dụng khác

1.1.3.1 Vật liệu composite gia cường cho bê tông

Bằng cách tái sử dụng khẩu trang y tế dùng 1 lần thải để sản xuất bê tông cải tiến với cường độ tốt hơn và độ bền cao hơn, đạt được tính kinh tế tuần hoàn và tính bền vững, cùng với việc quản lý chất thải hiệu quả KTYT-1L được thu thập và lưu trữ trong 7 ngày, khử trùng bằng bình xịt pha cồn Nghiên cứu thực hiện với 2 phương pháp: 1 - cắt thành sợi, vụn vuông nhỏ và 2 – nghiện mịn khoảng 1,5 đến 2 mm; sau

đó phối trộn trúc với nguyên liệu xi măng tạo nên vật liệu bê tông composite ở các

tỷ lệ khảo sát khác nhau Tỷ lệ sợi KTYT-1L được sử dụng là 0,5 – 1%, 1,5 - 2% khối lượng bê tông, trong khi KTYT-1L nghiền chỉ được sử dụng ở mức 0,5% Ở cả hai dạng, nguyên liệu PP thải của KTYT-1L đều thích hợp để sử dụng trong bê tông Các kết luận sau đây đã được chứng thực bởi thực nghiệm nghiên cứu nhằm tìm ra tính khả thi của việc sử dụng khẩu trang phế thải làm vật liệu xây dựng: [7]

- Các đặc tính của bê tông đã bị ảnh hưởng khi thêm khẩu trang bị nghiền nát và

xơ Việc bổ sung 0,5% khẩu trang nghiền làm tăng cường độ nén 8,3% nhưng giảm

độ bền kéo 13,4%

- Cường độ chịu kéo và nén của bê tông tăng lên khi bổ sung thêm 1% sợi (tăng 17,9% và 23,3%) và sau đó giảm xuống Do đó, việc sử dụng sợi khẩu trang ở tỷ lệ 1% thể tích bê tông là một tỷ lệ tối ưu để nâng cao các tính chất cơ học

- Một phần trăm sợi khẩu trang thải cho thấy độ thấm clorua thấp và khẩu trang nghiền cho thấy độ thấm rất thấp so với bê tông thông thường Do đó, khả năng chống ăn mòn của bê tông có khẩu trang thải, đặc biệt là ở dạng nghiền, tương đối cao hơn Tương tự, thử nghiệm thấm clorua nhanh cho thấy giá trị thấm đối với bê tông kết hợp khẩu trang sau chu kỳ đông lạnh - tan băng thấp hơn so với bê tông thông thường

- Sợi khẩu trang thải ở mức 2% cho thấy cường độ nén giảm nhẹ và độ thấm cao nên không được sử dụng trong bê tông Do đó, độ bền của bê tông được cải thiện khi khẩu trang thải được thêm vào với hàm lượng sợi 0–1,5% (giá trị tối ưu 1%)

- Khẩu trang chất thải nghiền ở mức 0,5% cũng thích hợp cho bê tông, đặc biệt là

để cải thiện khả năng chống thấm nước

là tỷ lệ tối ưu để tăng cường các đặc tính cơ học và độ bền của bê tông

1.1.3.2 Xốp cách âm

Việc sử dụng khẩu trang y tế dùng 1 lần như một chất hấp thụ xốp âm thanh đã được nghiên cứu KTYT-1L chủ yếu được làm bằng sợi polypropylene có đặc tính cách âm tốt KTYT-1L được khử trùng trong buồng chân không nhiệt độ 70 °C trong 30 phút với độ ẩm khoảng 80%, sau đó được làm nguội và loại bỏ độ ẩm Dây đeo và nẹp mũi KTYT-1L đã qua sử khử trùng được loại bỏ, cắt ngắn thành sợi bằng máy sau đó nén chặt trong ống trở kháng (impedance tube) với các mật độ khối lượng khác nhau

Cấu trúc xốp của chúng đã được nghiên cứu thông qua phép đo một số đặc tính phi âm học: mật độ khối, đường kính sợi, độ xốp, điện trở suất dòng chảy và độ cong Hơn nữa, hiệu suất hấp thụ âm thanh của các mẫu, được làm bằng khẩu trang loại bỏ, với các độ dày khác nhau được đánh giá bằng cách sử dụng ống trở kháng theo ISO 10534-2

Kết quả thu được từ phổ hấp thụ âm thanh và hai chỉ số đơn, hệ số giảm tiếng ồn

và trung bình hấp thụ âm thanh cho thấy giá trị hấp thụ âm thanh cao trên một dải tần số quan tâm Vật liệu này hấp thụ âm thanh rất hiệu quả ở tần số cao trung bình Tăng độ dày giúp cải thiện hấp thụ âm thanh ở tần số thấp Cho thấy, vật liệu vi sợi

PP từ KTYT-1L làm xốp hấp thụ âm thanh rất hiệu quả Cuối cùng, phổ hấp thụ âm thanh thu được đối với KTYT-1L được so sánh với phổ thu được đối với vật liệu dạng sợi hiện đang được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng, cho thấy rằng chất thải dạng sợi này có thể hoạt động như một chất thay thế khả thi cho các loại truyền thống [8]

1.1.3.3 Phối trộn với bê tông làm đá nền vỉa hè và nền đường

Khẩu trang y tế dùng một lần được cắt nhỏ thành các kích thước chiều rộng 0,5

cm và 2 cm chiều dài Dây đeo và thanh nẹp mũi được loại bỏ Trong điều kiện về các thuộc tính vật lý của khẩu trang, lớp trên cùng và dưới cùng khẩu trang được làm bằng vải không dệt (spunbond) trong khi lớp giữa của khẩu trang là polypropylene nóng chảy

RCA (recycled concrete aggregate) là cốt liệu bê tông tái chế thương mại (tức là, loại II 20 mm) đã được sử dụng trong nghiên cứu này như tổng hợp cho các ứng

6

dụng làm lớp nền đường hay lớp nền vỉa hè Nó đã được thu thập từ một nhà máy tái chế ở Victoria, Úc RCA đã được sấy khô trong lò ít nhất một ngày trong lò có nhiệt độ 105 °C Chuẩn bị mẫu, khẩu trang cắt nhỏ đã trộn với RCA khô theo tỷ lệ 1%, 2% và 3% (phần trăm khối lượng khẩu trang trong hỗn hợp)

- Sử dụng khẩu trang y tế dùng 1 lần (KTYT-1L) với RCA làm lớp nền thay thế nền đường phụ sẽ không chỉ làm giảm chất thải do đại dịch gây ra và nhu cầu đối với vật liệu nguyên sinh, mà còn giảm chi phí xây dựng đáng kể Do hầu hết thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE: Personal Protective Equipment) chủ yếu được làm bằng nhựa, bao gồm Polypropylene, Polyvinyl Clorua và cao su Nitrile Butadien, đề xuất phương pháp luận có thể được áp dụng cho các PPE khác nhau Một nghiên cứu khả thi, tương tự cho một báo cáo trong bài báo này, cần được tiến hành để điều tra tiềm năng sử dụng PPE phế thải khác với cốt liệu bê tông tái chế như vật liệu nền đường trên nền phụ Đối với các công trình trong tương lai, nó cũng được khuyến nghị để đánh giá tính khả thi của việc sử dụng khẩu trang không nhựa như một lựa chọn bền vững khác để giảm thiểu chất thải do đại dịch gây ra

- Hàm lượng KTYT tối ưu được tìm thấy là 1% trọng lượng khô của RCA Nhìn chung, sự pha trộn của các vật liệu thải (tức là RCA và KTYT), ở mức thấp khái niệm carbon, đáp ứng các yêu cầu về độ cứng và độ bền đối với vỉa hè, nền phụ mặt đường;

do đó, có thể được sử thay thế vật liệu truyền thống

UV, tránh nắng… bằng chất liệu vải hay khẩu trang y tế than hoạt tính… Nhưng kể

từ khi đại dịch Covid-19 bùng nổ và yêu cầu về khẩu trang kháng khuẩn được

7

khuyến nghị sử dụng dần hình thành thói quen có điều kiện do sự bắt buộc mang khẩu trang để ngăn ngừa sự lây lan dịch bệnh Chính vì vậy, rất nhiều loại khẩu

trang y tế kháng khuẩn mới đã được sản xuất và sử dụng Hình 1.2 là các loại khẩu

trang được sản xuất và sử dụng trong thời gian dịch với hiệu suất kháng khuẩn được nghiên cứu [9]

Kết hợp với Hình 1.2 và Hình 1.3 Cho thấy loại khẩu trang y tế dùng 1 lần

(surgical mask) được sử dụng phổ biến nhất, được nhiều người tin dùng với khả năng kháng khuẩn đã được nghiên cứu trên 80% (đạt an toàn, hiệu quả kháng khuẩn) [9] Giải thích cho việc sử dụng nhiều và phổ biến vì loại khẩu trang này hơn các loại khác là do loại này cũng được các tổ chức y tế khuyên dùng, sản xuất

dễ dàng, nguyên liệu thân thiên cộng với sự tiện lợi khi sử dụng Đặc biệt là giá thành của loài khẩu trang y tế dùng 1 lần màu xanh này rất rẻ (rẻ nhất trong các loại khẩu trang y tế) Chính vì vậy, loại nguyên liệu đề tài sử dụng để nghiên cứu tái chế

là loại khẩu trang y tế dùng 1 lần (màu xanh)

Hình 1.2 Các loại khẩu trang phổ biến và hiệu suất kháng khuẩn [9]

8

Hình 1.3 Thống kê các loại khẩu trang được dùng nhiều nhất [9]

1.2.1.2 Thành phần, cấu tạo chiếc khẩu trang y tế dùng 1 lần

Khẩu trang y tế dùng một lần – KTYT-1L đạt chuẩn thường có nhiều lớp (nhiều hơn 3 lớp) bao gồm: các lớp vải dệt có nếp gấp; lớp vi lọc; thanh nẹp mũi và dây đeo

• Vải không dệt (Non – woven fabric): loại vải không dệt sử dụng làm KTYT-1L này thực chất được cấu thành từ các hạt nhựa tổng hợp, liên kết với nhau bằng chất kết dính đặc biệt và tạo thành từ quá trình đùn thổi nóng chảy (the melt – blowing process) hay kỹ thuật kéo sợi nóng chảy (spunbond) Đây là thành phần chiếm tỷ trọng nhiều nhất và thành phần chính quan trọng nhất trong một chiếc KTYT-1L [10]

• Giấy kháng khuẩn: còn được gọi là màng lọc khẩu trang y tế, màng lọc khuẩn, giấy lọc sản xuất khẩu trang, giấy lọc y tế, trong Tiếng Anh nó thường được gọi bằng các tên như: meltblown paper, meltblown nonwoven Đây là một loại nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất khẩu trang kháng khuẩn, khẩu trang y tế ,nó được dùng để làm lớp giữa của khẩu trang y tế, có tác dụng ngăn ngừa khí thải, khói bụi, đặc biệt nổi bật với tác dụng lọc khuẩn đạt 95% - 99% có kích thước nhỏ hơn 10 micromet, kháng nước, chống bụi và chống mùi hôi

• Thanh nẹp mũi: Thanh nẹp có tác dụng định hình và giúp khẩu trang ôm khít, che kín khuôn mặt người dùng, hạn chế sự tiếp xúc của da với môi trường bên ngoài Thường sản xuất bằng nhựa PVC Phân loại nẹp mũi đang có tại Việt nam: + Nẹp nhựa: Được hình thành từ nhựa nguyên sinh, có độ dẻo và đàn hồi tốt + Với các dây chuyền sản xuất khẩu trang tại thị trường Việt Nam có 2 dòng nẹp nhựa chính: loại sản xuất trong nước và loại nẹp mũi nhập khẩu từ nước ngoài

• Nẹp kẽm có ưu điểm là khả năng định hình tốt, tính ổn định cao, giúp giữ form cho khẩu trang Tuy nhiên, nhược điểm là giá thành cao, khó sản xuất hơn nẹp nhựa đồng thời, tính đa dụng không cao như nẹp nhựa

• Dây đeo: Hai chất liệu được sử dụng để làm dây đeo là Cotton và Spandex vì chúng có độ co giãn tốt, không làm đau tai khi đeo trong thời gian dài

Hình 1.4 Các lớp của khẩu trang y tế dùng một lần 1.2.2 Vải không dệt Polypropylene

1.2.2.1 Cấu tạo của lớp vải không dệt Polypropylene

Vải không dệt được sản xuất từ hạt nhựa Polypropylene nguyên sinh, thành phần nhựa thông dụng được sử dụng chính là nhựa Polypropylene kí hiệu là PP chiếm từ 80% (hoặc cao hơn tùy từng nhà sản xuất) khối lượng vải không dệt còn lại là phụ gia, bột màu … tùy thuộc vào nhà sản xuất Vải không dệt sử dụng làm KTYT-1L được sản xuất bằng cách đùn sợi polyme nóng chảy qua một khuôn thẳng có chứa hàng trăm lỗ nhỏ để tạo thành các sợi dài mỏng sau đó được kéo căng và cho không khí nóng đi qua khi chúng rơi từ khuôn thẳng, sau đó mạng lưới này được thổi vào một màn hình tập trung tạo thành vải không dệt Các sợi nhựa liên kết với nhau dưới bằng nhiệt dưới nhiệt độ và áp suất

10

Vải không dệt được phân thành các loại sau:

• Vải không dệt S

Vải không dệt S - "Spunbond Nonwovens", là một loại vải không dệt được tạo ra

từ nguyên liệu chính PP có khả năng phân rã trong thời gian ngắn và thân thiện với môi trường

• Vải không dệt SS

Vải không dệt SS - "Spunbond + Spunbond Nonwovens", là vải không dệt kết hợp 2 lớp vải không dệt S, giúp tăng độ phân bố vải và tăng khả năng chịu lực hơn vải không dệt S

Theo Hiệp hội Đồ dùng một lần và Sản phẩm không dệt Châu Âu, sản phẩm không dệt là loại vải được thiết kế sáng tạo, công nghệ cao, được làm từ sợi được sử dụng trong nhiều loại sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp Sản xuất các sản phẩm này bằng cách nấu chảy các hạt nhựa Polypropylene chảy lỏng và bơm chất lỏng nhựa này qua các lỗ nhỏ để tạo ra các sợi chỉ có kích thước micromet Các sợi này đông tụ lại và được chuyển đổi thành một loại vải không dệt có trọng lượng nhẹ có thể bẫy các hạt và giọt cực nhỏ Sản phẩm không dệt được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế, vì các đặc tính an toàn quan trọng của chúng giúp bảo vệ chống lại nhiễm trùng và bệnh tật Chúng đóng một vai trò quan trọng trong cuộc chiến chống lại sự lây nhiễm chéo và sự lây lan của các chủng vi khuẩn và vi rút truyền nhiễm

Có 2 quy trình sản xuất vải không dệt:

• Quá trình spunbond

Quá trình spunbond chuyển đổi các hạt polypropylene nóng chảy thành dạng sợi không dệt bằng cách đặt các sợi đùn, kéo thành sợi vào đai thu gom Tiếp theo là quá trình liên kết, truyền lực và tính toàn vẹn cho mạng bằng cách áp dụng các cuộn được nung nóng để làm nóng chảy một phần polyme và nung chảy các sợi So với vải thổi nóng chảy, vải spunbond chứa các sợi thô hơn và độ bền kéo lớn hơn nhiều

• Quá trình thổi tan chảy

11

Quy trình thổi nóng chảy một bước, tương tự như quy trình spunbond, nhưng sử dụng các luồng khí nóng tốc độ cao vật liệu nóng chảy qua các lỗ với kích thước siêu nhỏ thu được các sợi mịn hơn nhiều

Quy trình thổi nóng chảy là quy trình thương mại quy mô lớn duy nhất hiện đang được sử dụng để sản xuất sợi kéo thành nóng chảy có đường kính trong khoảng micromet, mà không bị tách hoặc hòa tan polymer về mặt hóa học Nó được sử dụng để tạo ra các loại vải không dệt có chiều rộng và độ dày khác nhau trên các cuộn lớn

1.2.2.2 Các tính chất của vải không dệt Polypropylene

Vải không dệt có khả năng tự phân rã (phân rã thành kích thước nhỏ hơn từ micromet thành nanomet) trong môi trường có độ ẩm cao hoặc dưới ánh nắng trực tiếp trong một khoảng thời gian, có tuổi thọ ngắn hơn so với túi nilon hay các loại sản phẩm nhựa hiện tại Loại vải này có những công dụng đặc biệt như: khả năng thấm hút, ngăn ngừa chất lỏng, độ đàn hồi, độ co giãn cao Ngoài ra, có độ mềm dẻo tốt mà độ bền cơ học cao và có thể chống kháng và ngăn ngừa sự sinh sôi của vi khuẩn, đây là một điểm mạnh của vải không dệt nhờ vào cấu trúc đặc biệt và các đặc tính tối ưu của nhựa PP Với những đặc tính như vậy, vải không dệt được sử dụng trong những ngành chuyên dụng, có vẻ bề ngoài và kết cấu không khác gì vải dệt bình thường, đồng thời đạt được hiệu quả tốt về tuổi thọ sản phẩm và chi phí sản xuất Đặc biệt, mật độ lỗ trống, trở lực hô hấp đạt tiêu chuẩn nên được ứng dụng vào chế tạo KTYT-1L phổ biến nhất hiện nay

Vải không dệt được đo lường thông qua GSM (Grams per Square Meter), là chỉ

số thể hiện số gam/1m2 vải GSM gồm trọng lượng và mật độ của vật liệu Polypropylene Vải không dệt có chỉ số GSM càng cao thì mật độ và độ chắc chắn,

độ bền càng cao Trong y tế, cụ thể là sản xuất khẩu trang y tế thường dùng loại vải không dệt có chỉ số 14 g/m2 hay 40g/m2 (tiêu chuẩn TCVN 8389: 2010) trên khổ 1,6m x 2000m kí hiệu VKD PP14 và VKD PP40 hoặc một số loại có thể dùng 17-25g/1m2, 19-25g/1m2

Lớp vải không dệt này khi bị tác động bởi nhiều yếu tố khi bị thải vào tự nhiên và không có cách xử lý phù hợp, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên như sự suy thoái thời tiết, lão hóa và vi sinh vật … Chúng sẽ bị phân mảnh (phân rã) từ các mảnh vỡ quy mô vĩ mô kích thước Micromet (≥ 5 mm) đến các mảnh vỡ kích thước

vi mô (< 5 mm) và đến Nanomet (1–100 nm) gọi là vi nhựa KTYT-1L là một trong những nguồn rác thải có mối nguy hại tìm rất lớn đối với môi trường đồng thời còn

là 1 trong những nguồn rác thải vi nhựa gây tác hại lớn cho sức khỏe con người và

cả hệ sinh thái đã được nghiên cứu và cảnh báo [11]

12

Hình 1.5 Tác động lâu dài của ô nhiễm vi nhựa từ KTYT-1L [11]

1.3 Tổng quan về nhựa Polypropylene

1.3.1 Lịch sử nguồn gốc nhựa Polypropylene

Nhựa Polypropylene Isotactic kí hiệu là iPP được nghiên cứu và tổng hợp đầu tiên bởi nhà khoa học tên là Guilio Natta và cộng sự của ông tên là Paulo Chini vào năm 1954 khi đang làm việc tại công ty Montecatini (Italya) Công ty này đã sản xuất nhựa PP với tên gọi ban đầu là Propathene vào năm 1954 và đi vào sản xuất thương mại năm 1957 Một chất xúc tác Ziegler-Natta, đặt theo tên Karl Ziegler (người Đức) và Giulio Natta (người Ý) Chất xúc tác này được sử dụng trong quá trình tổng hợp của polyme trong tổng số 1-Alkene (Alpha-Olefin ) Chất xúc tác Ziegler – Natta được sử dụng để trùng hợp Alkene đầu cuối (Etylen và Alkene có liên kết đôi Vinyl ) Giải Nobel Hóa học năm 1963 được trao cho Karl Ziegler, vì đã khám phá ra chất xúc tác đầu tiên dựa trên Titan, và Giulio Natta vì đã sử dụng chúng để điều chế polyme lập thể từ Propylene Ziegler phát hiện ra rằng sự kết hợp của Titan Tetraclorua (TiCl4) và Dietylaluminium clorua (Al (C2H5)2Cl) đã cho các hoạt động tương đương để sản xuất Polyetylen Natta đã sử dụng tinh thể α-TiCl3kết hợp với Al(C2H5)3 để sản xuất Polypropylene Isotactic đầu tiên Năm 1968, quy trình trùng hợp tầng sôi pha khí đầu tiên, quy trình Unipol, được Union Carbide thương mại hóa để sản xuất Polyethylene Vào giữa những năm 1980, quy trình Unipol được mở rộng hơn nữa để sản xuất Polypropylene

13

Từ đây, rất nhiều nghiên cứu phát triển và ứng dụng nhựa PP vào nhiều lĩnh vực, sản phẩm của loại nhựa này ngày càng phổ biến rộng rãi một cách nhanh chóng trên toàn cầu Trở thành loại nhựa có nhu cầu sử dụng với sản lượng cao nhất (bên cạnh nhựa Polyethylene – PE) khoảng 19% trên tổng 49,5 triệu tấn nhựa trong một nghiên cứu về nhu cầu sử dụng nhựa trên thế giới vào năm 2006 [12]

Hình 1.6 Nhu cầu sử dụng nhựa trên thế giới năm 2006 1.3.2 Nhựa Polypropylene

Nhựa Polypropylene viết tắt PP là một loại nhựa nhiệt dẻo cứng được tổng hợp hoặc bán tổng hợp từ Monome Propene (hoặc Propylene), được điều chế xúc tác từ Propylene là một sản phẩm hóa dầu hạ nguồn Nhựa PP là một loại nhựa Hydro Carbon resin thuộc họ Polyme Polyolefin PP là một trong những loại nhựa giá rẻ nhất hiện nay và được ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vậy như y tế, gia dụng, công nghiệp…

• Công thức hóa học: (C3H6)n hay (CH3CHCH2)n

• Sản xuất Polypropylene

Polypropylene là sản phẩm của quá trình trùng hợp Monome Propen (C3H6 - một hợp chất hữu cơ không no) bằng trùng hợp Ziegler-Natta hoặc phản ứng trùng hợp xúc tác Metallocene

14

Hình 1.7 Phản ứng trùng hợp Polypropylene

Định hướng tương đối của mỗi nhóm Methyl (CH3) so với các nhóm methyl trong các đơn vị monomer lân cận có ảnh hưởng mạnh mẽ vào khả năng hình thành các tinh thể của polymer Sau khi tổng hợp, vị trí của nhóm Metyl khác nhau tạo nên cấu trúc chuỗi cơ bản khác nhau cho PP Có ba kiểu cấu trúc là:

Atactic Polypropylene viết tắt là aPP: Các nhóm Metyl sắp xếp ngẫu nhiên không theo một quy luật nào, tạo nên cấu trúc nhựa vô định hình và có khả năng kết dính tốt

Hình 1.8 Cấu trúc Atactic Polypropylene

Isotactic Polypropylene viết tắt là iPP: Các nhóm Metyl cùng nằm về một phía mặt phẳng trong cấu hình đồng phân quang học, dạng tinh thể

Hình 1.9 Cấu trúc Isotactic polypropylene

15

Syndiotactic Polypropylene viết tắt là sPP: Các nhóm Metyl sắp xếp xen kẽ nhau

và luân phiên trật tự ở cả hai nửa mặt phẳng

Hình 1.10 Cấu trúc Syndiotactic polypropylene

đồ điện…

- PP Copo viết đầy đủ là Polypropylene Copolymer (PPC) gồm 2 loại phân biệt là:

+ PP Random Copolymer (PPRC) là sản phẩm polymer hóa Propylene (C3H6)

và Ethene (C2H4) Lượng Ethene thường chiếm 6% tổng khối lượng và chiếm vị trí ngẫu nhiên trong chuỗi polymer Loại nhựa này mềm dẻo và có độ trong cao Chúng được dùng cho các sản phẩm yêu cầu độ trong suốt hay bề ngoài bóng bẩy + PP Block Copolymer (PPBC) có chứa lượng Ethene cao hơn (5-15%) Mỗi Monome của nó gồm 2 phân tử Propylene và Ethene nối với nhau được gọi là một bock Do cấu trúc này, nó cứng hơn và ít giòn hơn so với PPH và PPRC Nó đủ khỏe để có thể được sử dụng cho các ngành công nghiệp nặng

• Đặc tính nhựa Polypropylene

Kí hiệu:

Polypropylene (PP) là một loại nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể có khả năng chống va đập cao, tính chất cơ học mạnh, kháng được nhiều loại dung môi hữu cơ và ăn mòn axit-bazơ (trơ về mặt hóa học) PP có cấu trúc phân tử trật tự cao với các điểm nóng

16

chuyển trạng thái rõ ràng Nhựa bán tinh thể ở trạng thái rắn cho đến khi hấp thụ một lượng nhiệt nhất định và khi đạt đến nhiệt độ đủ thì nhanh chóng chuyển thành trạng thái lỏng, có độ nhớt thấp PP là một polyme bán tinh thể cũng có tính chất dẻo dai vì lực liên phân tử mạnh Khả năng chịu nhiệt và độ ổn định hóa học tương đối cao Về bản chất, nó tương tự như polyethylene mật độ cao, độ kết tinh của nó thấp hơn một chút so với Polyethylene mật độ cao, vì vậy nó thường có trạng thái trong mờ, độ cứng không khác nhiều so với polyethylene mật độ cao Các tính chất của Polypropylene phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và sự phân bố trọng lượng phân tử, độ kết tinh, loại và tỷ lệ comonomer (nếu được sử dụng) và tính đồng vị Hiệu suất nhiệt: Điểm nóng chảy của Polypropylene xảy ra trong một khoảng nhiệt độ, do đó, điểm nóng chảy được xác định bằng cách tìm nhiệt độ cao nhất của đỉnh nóng chảy qua của biểu đồ nhiệt lượng quét vi phân Polypropylene isotactic

có nhiệt độ nóng chảy là tại 171 °C Polypropylene thương mại hiện có phạm vi nhiệt nóng chảy từ 160 đến 166 °C Polypropylene Syndiotactic có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là 130 °C với độ kết tinh là 30% Điểm yếu của PP là sẽ trở nên giòn nhiệt độ môi trường thấp hơn 0 °C Sự giãn nở nhiệt của Polypropylene là rất lớn, nhưng kém hơn một chút so với Polyethylene[13] Polypropylene là bán cứng, trong

mờ, kháng hóa chất tốt, dẻo dai, độ bền vật lý cao và chịu nhiệt tốt Hơn nữa, PP có

độ mềm cao hoặc điểm chuyển tiếp thủy tinh, khả năng chống ứng suất uốn cao, kháng nước, nhẹ (0,9 g/cm3), ổn định kích thước, cường độ va đập cao và hoàn toàn không độc hại

17

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất

Bảng 2.1 Bảng nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu

Cá nhân, gia đình và người thân đã sử dụng

Khối lượng riêng d = 0,8 g/ml, can 5 lít

Cty Hóa chất

Thường Kiệt, Phường 15, Quận 11, Thành phố Hồ Chí Minh

4 Natri Clorua

(NaCl)

Chất rắn, màu trắng, hạt nhỏ Khối lượng riêng d = 2,165 g/cm3,

độ tinh khiết 99%, lọ 500g

Xilong Trung Quốc

Xilong Trung Quốc

Xilong Trung Quốc

trang

Việt Nam

2 Bàn cắt giấy

khổ A4

Cắt vụn khẩu trang

Việt Nam

19

3 Cốc thủy tinh

2L

Đựng cồn, khử trùng khẩu trang

Hình 2.1 Thiết bị cân phân tích OHAUS Scout SPX 223 (Việt-Mỹ)

Máy ép nhựa gia nhiệt BAOPIN PRECISION INSTRUMENTS CO.,LTD (Trung Quốc) Thiết bị được sử dụng để ép mẫu với áp suất và gia nhiệt để đạt được sản phẩm mong muốn Nhiệt độ mặt ép tối đa 350 °C, kích thước mặt 2 mâm ép là

300 x 300 (mm) và hành trình ép 150 mm Cùng với máy ép nhiệt chính là khuôn ép mẫu có kích thước lòng khuôn là 150 x 150 x 2 (mm)

20

Hình 2.2 Thiết bị máy ép nhựa gia nhiệt BAOPIN

Hình 2.3 Khuôn ép mẫu