Nghiên cứu chế tạo tấm vách ngăn từ khẩu trang y tế đã qua sử dụng

Để giải quyết các vấn đề trên, nhóm đã đưa ra nghiên cứu hướng tới môi trường bằng việc khảo sát, đánh giá, đưa ra phương pháp phù hợp cho quá trình thu gom cũng như tái chế khẩu trang K

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

MÃ SỐ: SV2022-85 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: HỒ HOÀNG BẢO NHƯ

S K C 0 0 8 1 3 3

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM VÁCH NGĂN

TỪ KHẨU TRANG Y TẾ ĐÃ QUA SỬ DỤNG

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM VÁCH NGĂN TỪ

KHẨU TRANG Y TẾ ĐÃ QUA SỬ DỤNG

SV2022-85Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật

SV thực hiện: Hồ Hoàng Bảo Như - 19130001 Nam, Nữ: Nữ

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 191300POLY – Khoa học ứng dụng

Năm thứ: 04 /Số năm đào tạo: 04

Ngành học: Công nghệ vật liệu

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Việt Linh

TP Hồ Chí Minh, Tháng 11 năm 2022

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC VIẾT TẮT 8

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 9

MỞ ĐẦU 12

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 12

1.2 Lý do chọn đề tài 14

1.3 Mục tiêu đề tài 15

1.4 Ý nghĩa thực tiễn, khoa học của công trình 15

1.5 Các tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 16

1.6 Một số hướng nghiên cứu về tái chế khẩu trang y tế dung một lần 16

1.6.1 Vật liệu composite gia cường cho bê tông 16

1.6.2 Xốp cách âm 17

1.6.3 Phối trộn với bê tông làm đá nền vỉa hè và nền đường 18

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

1 Tổng quan về nguồn nguyên liệu 20

1.1 Thành phần cấu tạo của khẩu trang y tế 20

1.2 Vải không dệt Polypropylene 21

1.3 Nhựa Polypropylene 22

1.3.1 Sơ lược về Polypropylene 22

1.3.2 Phản ứng tổng hợp PP 24

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU 27

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 27

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 27

2.1.2 Dung cụ và thiết bị 28

2.2 Quy trình thực hiện 31

2.2.2 Quy trình ép nhiệt 33

2.3 Phương pháp đánh giá, phân tích tính chất của tấm RPP 35

2.3.1 Phương pháp phân tích nhiệt và nhiệt trọng lượng 35

2.3.2 Tính chất cơ học 36

2.3.3 Đánh giá hình thái mẫu 38

2.3.4 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR 41

2.3.5 Phân tích độ dày 42

2.3.6 Phân tích quang phổ hấp phụ phân tử 42

2.3.7 Khả năng kháng hóa chất 43

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45

3.1 Đánh giá nguyên liệu đầu vào 45

3.1.1 Hình thái của nguyên liệu khẩu trang 45

3.1.3 Nhiệt lượng quét vi sai và nhiệt trọng lượng 46

3.2 Đánh giá tấm nhựa RPP 47

3.2.1 Hình thái tấm nhựa 47

3.2.2 Đánh giá cơ tính 51

3.2.3 Quang phổ hấp phụ UV-VIS 55

3.2.4 Đánh giá kháng hóa học 57

3.3 Đánh giá khả năng ứng dụng 58

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

4.1 Kết luận 61

4.1.1 Thông số kỹ thuật, quy trình tạo sản phẩm 61

4.1.2 Hướng phát triển của đề tài 61

4.2 Kiến nghị 63

TRÍCH DẪN 64

PHỤ LỤC 68

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các lớp của khẩu trang y tế dùng một lần 21

Hình 1.2 Tác động lâu dài của ô nhiễm vi nhựa từ KTYT-1L [22] 22

Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của Polypropylene 23

Hình 1.4 Thị trường các loại nhựa trên thế giới [25] 24

Hình 1.5 Phản ứng tổng hợp Polypropylene 24

Hình 2.1 Thiết bị cân phân tích OHAUS Scout SPX 223 (Việt-Mỹ) 30

Hình 2.2 Thiết bị máy ép nhựa gia nhiệt BAOPIN 30

Hình 2.3 Khuôn ép mẫu 31

Hình 2.4 Sơ đồ hình ảnh quy trình xử lý và chuẩn bị nguyên liệu khẩu trang 31

Hình 2.5 Cân 50g vụn 32

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình ép tạo tấm khẩu trang y tế tái chế 33

Hình 2.7 Vụn khẩu trang trải đều trên khuôn ép 34

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 34

Hình 2.10 Máy phân tích nhiệt vi sai LABSYS evo STA 1150 36

Hình 2.11 Bản vẽ minh họa mẫu quả tạ kiểu IV theo tiêu chuẩn ASTM D638 37

Hình 2.12 Dao cắt và quả tạ kiểu IV tiêu chuẩn ASTM D638 38

Hình 2.13 Kính hiển vi quang học Olympus MX51 39

Hình 2.14 Thiết bị chụp ảnh SEM TM4000Plus 40

Hình 2.15 Thiết bị chụp FE-SEM S4800 41

Hình 2.16 Thiết bị quang phổ hồng ngoại FTIR Nicolet 6700 42

Hình 2.17 Thước cặp điện tử MITUTOYO 42

Hình 2.18 Thiết bị đo quang phổ hấp phụ phân tử UV-Vis 43

Hình 2.19 Mẫu RPP ngâm hóa chất 44

Hình 3.1 Ảnh SEM (A) 2 lớp vải không dệt PP (B) lớp vải không dệt PP ở độ phóng đại 500 và 100 µm 45

Hình 3.2 Biểu đồ DSC -TGA của KTYT-1L 47

Hình 3.4 Ảnh chụp bề mặt tấm RPP ở nhiệt độ 170°C ở các thời gian ép 48

Hình 3.5 Ảnh chụp bề mặt tấm RPP ở nhiệt độ 175°C ở các thời gian ép 48

Hình 3.6 Độ dày các tấm RPP-Xanh khẩu trang theo nhiệt độ và thời gian 50

Hình 3.7 Phổ FTIR của KTYT-1L và M175-25 51

Hình 3.8 Đồ thị (a) Stress – Strain, (b) đồ thị Young’s Modulus của tấm RPP ở 165oC ở các thời gian khác nhau 53

Hình 3.9 Đồ thị (a) Stress – Strain, (b) đồ thị Young’s Modulus của tấm RPP-Xanh ở 170 oC qua các thời gian khác nhau 54

Hình 3.10 Đồ thị (e) Stress – Strain, (f) đồ thị Young’s Modulus của tấm RPP-Xanh ở 175°C ở các thời gian khác nhau 55

Hình 3.11 Biểu đồ UV-Vis mẫu khẩu trang tái chế ở vùng bước sóng 200 – 300 nm 56 Hình 3.12 Biểu đồ UV-Vis mẫu khẩu trang tái chế ở vùng bước sóng 200 – 800 nm 56 Hình 3.13 Ảnh mẫu RPP-Xanh trước và sau khi ngâm hóa chất 168 giờ 57

Hình 4.1 Những sản phẩm có thể ứng dụng từ việc tái chế khẩu trang 61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 27

Bảng 2.2 Dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu 28

Bảng 2.3 Bảng thông số khảo sát thời gian và nhiệt độ tạo mẫu tấm RPP-Xanh 35

Bảng 2.4 Thông số kích thước quả tạ được cắt theo tiêu chuẩn ASTM D638 38

Bảng 3.1 Độ dày của tấm RPP-Xanh theo thời gian và nhiệt độ (mm) 49

Bảng 3.2 Kết quả cơ tính trung bình các tấm RPP theo nhiệt độ và thời gian 51

Bảng 3.3 Khối lượng mẫu thử kháng hóa học sau 24 giờ và 168 giờ 58

Bảng 3.4 So sánh giữa việc tái chế và không tái chế khẩu trang 60

Bảng 4.1 So sánh tiềm năng tái chế của các loại nhựa PP tái chế, PP, PET, PVC 62

DANH MỤC VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

spectroscopy

Quang Phổ Hồng Ngoại Biến Đổi Fourier (FTIR)

UV-Vis Ultraviolet–visible spectroscopy Quang phổ tử ngoại khả kiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo tấm vách ngăn từ khẩu trang y tế đã qua sử dụng

- Thành viên đề tài:

Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa

- Người hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Việt Linh

2 Mục tiêu đề tài:

Xuất phát từ thực trạng rác thải từ khẩu trang y tế sử dụng một lần (KTYT-1L) đang ngày càng gia tăng trong tình hình đại dịch Coronavirus (COVID-19) Mặt khác, các nước đang phát triển (như Việt Nam, Lào, Campuchia) vẫn chưa quan tâm nhiều đến việc xử lý chất thải

y tế Một lượng đáng kể chất thải nhựa đang được tạo ra tại các cơ sở y tế Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ lượng rác thải được tái chế Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu nào về việc tái

chế khẩu trang y tế, đặc biệt là KTYT-1L

Để giải quyết các vấn đề trên, nhóm đã đưa ra nghiên cứu hướng tới môi trường bằng việc khảo sát, đánh giá, đưa ra phương pháp phù hợp cho quá trình thu gom cũng như tái chế khẩu trang KTYT-1L nhằm tạo ra sản phẩm mang tính ứng dụng đáp ứng các thông số kỹ thuật

mang tính ứng dụng cao: độ bền kéo, ăn mòn hóa học; độ truyền qua,…

3 Tính mới và sáng tạo:

Giảm thiểu rác thải nhựa trong môi trường, khẩu trang y tế được làm từ nhựa với cấu trúc dạng sợi nên rất dể phân hủy tạo thành các hạt vi nhựa lẫn vào đời sống, ảnh hưởng tới sức khỏe con người thông qua hàm lượng nhựa có trong thực phẩm ngày càng tăng, ảnh hưởng

đến đời sống sinh vật, vi sinh vật, động vật trong môi trường

Biến sản phẩm 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

Ý nghĩa khoa học: 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

4 Kết quả nghiên cứu

Qua đánh giá về số lượng và đặc tính phân hủy của KTYT-1L cho thấy tác động của nó với môi trường khi tạo ra vi nhựa Việc tái chế các tấm nhựa từ khẩu trang đã qua sử dụng (RPP) mang lại lợi ích kinh tế và môi trường đáng kể

Nghiên cứu này chỉ ra rằng các tính chất cơ học của RPP tương đương với PP nguyên sinh

và PP tái chế Phương pháp ép nhiệt không làm hỏng cấu trúc hóa học của PP RPP có các sợi chảy hoàn toàn sẽ cho độ bền kéo ổn định hơn Phân tích cơ học của RPP cho thấy khả năng ứng dụng cao khi tái chế khẩu trang y tế đồng thời góp phần tạo nên nền kinh tế tuần hoàn và

bảo vệ môi trường

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Đề tài đang trong giai đoạn hoàn thiện sản phẩm Khi hiệu quả của sản phẩm tăng lên, có thể áp dụng được trong cả qui mô công nghiệp Giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do lượng vi nhựa khổng lồ có trong KTYT-1L Hướng nghiên cứu này sẽ là tiền

đề cho các nghiên cứu về tái chế khẩu trang trong tương lai Sản phẩm tấm nhựa từ KTYT-1L cũng có thể kết hợp với các vật liệu gia cường như sợi sơ dừa, sợi bông, sợi lục bình, sợi bã

mía,… tạo ra các sản phẩm composite mang tính ứng dụng đa dạng

6 Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu này được đăng trên trên tạp chí “ Tài nguyên và môi trường” (ISSN

1859-1477) với tên bài báo “ Đánh giá tác hại và giải pháp tái chế khẩu trang y tế đã qua sử

dụng theo hướng kinh tế tuần hoàn bằng phương pháp ép nhiệt”

Bài viết được xét duyệt đăng vào tháng 11 năm 2022

Ngày tháng năm

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài

(phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Kể từ năm 2019, đại dịch Coronavirus (COVID-19) đã thu hút sự chú ý của toàn cầu về

sự lây lan nhanh chóng và ảnh hưởng của nó đối với sức khỏe con người [1] Coronavirus đã lây nhiễm khoảng hơn 241,17 triệu người và gây tử vong hơn 4,9 triệu người trên khắp thế giới Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã ban bố tình trạng khẩn cấp do virus SARS-COV-2 gây

ra vào ngày 30 tháng 2 năm 2020 Do sự gia tăng số ca nhiễm Covid-19, Việt Nam là một trong những nước ASEAN có tỷ lệ tử vong cao lên đến 2,5% tính đến ngày 15/10/2021

Sự bùng phát của dịch bệnh Covid-19 đã làm ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe con người, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế và đặc biệt là thói quen sinh hoạt của những người dân Khẩu trang y tế được xem một công cụ bảo hộ đắc lực để bảo vệ sức khỏe con người Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng khẩu trang y tế có thể bảo vệ mọi người và kiểm soát sự lây lan của Virus SARS-COV-2 [2]

Ở các nước trên thế giới, đặc biệt là Châu Á có tỉ lệ khảo sát người tin dùng khẩu trang y

tế lên đến 91% đối với Việt Nam và 83% đối với Trung Quốc Hơn thế nữa, thị trường khẩu trang y tế sử dụng một lần (KTYT-1L) ở khu vực Châu Á- Thái Bình Dương tăng lên 5.7% từ năm 2020-2030 Qua các thống kê và số liệu thu thập được đã cho thấy nhu cầu sử dụng khẩu trang KTYT-1L tăng lên đáng kể so với trước đại dịch Khẩu trang KTYT-1L được ưa chuộng

và sử dụng nhiều nhất bởi quy trình sản xuất nhanh, đơn giản, giá thành rẻ hơn so với các loại khẩu trang y tế khác nhưng hiệu quả bảo vệ hệ hô hấp lại khá cao (trên 80%)

Khẩu trang KTYT-1L có thành phần chủ yếu là lớp vải không dệt Lớp vải này có thành phần chủ yếu là Polypropylene (PP) Đây chính là nguyên nhân gây nên ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách

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 [3]:

Cách 1: Thực hiện quy định về việc giảm thiểu, hạn chế sản xuất, sử dụng nhựa từng quốc gia và toàn cầu

Đối với các loại đồ bảo hộ y tế, đặc biệt là KTYT-1L chưa có quy định nào về việc hạn chế sản xuất và sử dụng Nguyên nhân là khẩu trang KTYT-1L được xem như công cụ đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe con người cũng như các tiện ích của nó Vậy nên cách này không thể áp dụng để hạn chế tác hại rác thải KTYT-1L

Cách 2: Tìm ra vật liệu thay thế thân thiện môi trường có khả năng phân hủy sinh học

Một số nghiên cứu đã thay thế khẩu trang KTYT-1L bằng khẩu trang phân hủy sinh học

từ sợi cotton, sợi thân chuối,…được sản xuất với công nghệ kháng khuẩn, có khả năng lọc cao [4], [5]

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

Có nhiều nghiên cứu về tiềm năng tái chế của lượng rác thải nhựa có nguồn gốc từ PP,

PE, PVC, LDPE, …[6], [7]

Để xử lý rác thải nhựa từ khẩu trang y tế một cách hiệu quả, cần đưa ra quy trình thu gom,

xử lý, tái chế phù hợp Một số phương pháp thu gom rác thải từ khẩu trang cũng đã được đưa

ra Đã có nghiên cứu về việc tái chế khẩu trang y tế FFP2 tạo ra hỗn hợp nhựa PP / PE / PET bằng phương pháp ép phun Nhiều sản phẩm khác nhau như chậu hoa, thùng lưu trữ, pallet

vận chuyển, hoặc đồ chơi được sản xuất dựa trên các đặc tính cơ học của hỗn hợp nhựa [8]

Ngoài ra, để tái sử dụng khẩu trang y tế, có thể sử dụng quy trình khử trùng hoặc khử nhiễm khuẩn cho khẩu trang Cụ thể, quy trình khử trùng bằng nhiệt khô và hơi nước có thể làm giảm đáng kể nhu cầu sử dụng ngày càng tăng của khẩu trang y tế [9]

Một nghiên cứu đã đề xuất quy trình tái chế cơ học dành riêng cho khẩu trang KTYT-1L Hiệu quả tái chế lên đến 78-91% khối lượng khẩu trang [10]

Tuy nhiên, tái chế nhựa y tế bị hạn chế chủ yếu do những khó khăn liên quan đến phân loại hoặc làm sạch Việc tái chế chất thải nhựa y tế chỉ có thể được thực hiện khi có sự phối hợp giữa lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và các ngành công nghiệp tái chế Ngoài ra, nhựa được

sử dụng cho các ứng dụng trong ngành y tế nên được thiết kế theo cách có thể tái chế hiệu quả[11]

Hiện nay các nước phát triển đã chú trọng đến vấn đề xử lý chất thải y tế với các chiến lược phát triển môi trường bền vững [12] Mặt khác, các nước đang phát triển (như Việt Nam, Lào, Campuchia) vẫn chưa quan tâm nhiều đến việc xử lý chất thải y tế Một lượng đáng kể chất thải nhựa đang được tạo ra tại các cơ sở y tế Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ lượng rác thải được tái chế Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu nào về việc tái chế khẩu trang y tế, đặc biệt là KTYT-1L Do đó, chúng tôi sẽ nghiên cứu về việc tái chế khẩu trang KTYT-1L để chế tạo tấm nhựa Sản phẩm được tạo ra với các thông số phù hợp, mở ra nhiều ứng dụng cho thị trường Việt Nam Nghiên cứu tạo tiền đề cho các nghiên cứu sau này về việc xử lý, tái chế nhựa từ rác thải y tế Ngoài ra, việc áp dụng kinh tế tuần hoàn cho việc tái chế khẩu trang KTYT-1L sẽ làm giảm: rác thải nhựa; ô nhiễm môi trường; chi phí cho việc xử lý rác; khai thác tài nguyên…

1.2 Lý do chọn đề tài

Khẩu trang KTYT-1L là loại khẩu trang được sản xuất theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8389-1:2010 được cấu tạo từ các lớp vải không dệt, có khả năng lọc bụi bẩn và vi khuẩn Lớp vải không dệt có thành phần chủ yếu là Polypropylen Đây được xem chất hóa học gây ô nhiễm môi trường nếu không được quản lý đúng cách Rác thải từ khẩu trang KTYT-1L tiếp cận với môi trường theo 3 hướng chính như sau [15]:

- Đối với rác thải khẩu trang tại các bệnh, trung tâm y tế sẽ được xử lý theo quy trình khử khuẩn, sau đó sẽ được đem đi thiêu đốt,chôn lấp

- Đối với rác thải khẩu trang của cá nhân, nơi công cộng sẽ được xử lý chung với rác thải sinh hoạt mà không qua qua bất kì quá trình khử khuẩn nào, sau đó được xử lý đốt, chôn lấp trực tiếp

- Đối với rác thải khẩu trang được vứt bừa bãi, nếu lượng rác thải này ở trong môi trường lâu ngày sẽ gây ra quá trình quá trình phân hủy tự nhiên trong lớp đất, cát hoặc len lỏi trong môi trường nước

Các phương pháp thu gom, xử lý và tái chế khẩu trang KTYT-1L chưa được tuyên truyền rộng rãi nên hình thành vấn nạn vứt bỏ khẩu trang không đúng nơi quy định Nếu lượng rác thải từ khẩu trang KTYT-1L không được xử lý đúng cách sẽ là nguyên nhân gây ra ô nhiễm

môi trường nghiêm trọng Việc xử lý lượng rác thải này bằng các phương pháp đốt, chôn lấp làm gia tăng lượng khí thải nhà kính, gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu [16], [17]

Lượng nhựa chứa trong khẩu trang KTYT-1L khó bị phân hủy sinh học mà chỉ phân tách thành các hạt vi nhựa Đây chính là nguyên nhân làm gia tăng ô nhiễm nhựa/ vi nhựa ở Việt Nam cũng như thế giới Theo dự đoán, ô nhiễm nhựa/vi nhựa sẽ leo thang trong những năm tới[18] Ô nhiễm nhựa là một thách thức quan trọng mà thế giới phải đối mặt, với hàng triệu sản phẩm nhựa nhiều kích cỡ khác nhau, từ nano đến micro [19] Những vật liệu này xâm lấn vào các hệ sinh thái nước ngọt và nước mặn, làm tăng thêm sự hiện diện của vi nhựa trong môi trường nước [15]

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

1.3 Mục tiêu đề tài

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)

Chế tạo sản phẩm tấm vách ngăn từ khẩu trang tái chế đáp ứng các thông số kỹ thuật mang tính ứng dụng cao: cơ tính, khả năng kháng ẩm, kháng hóa chất nhằm giảm thiểu nguồn rác thải từ khẩu trang y tế, hướng đến môi trường xanh - sạch - đẹp

1.4 Ý nghĩa thực tiễn, khoa học của công trình

Giảm thiểu rác thải nhựa trong môi trường, khẩu trang y tế được làm từ nhựa với cấu trúc dạng sợi nên rất dể phân hủy tạo thành các hạt vi nhựa lẫn vào đời sống, ảnh hưởng tới sức khỏe con người thông qua hàm lượng nhựa có trong thực phẩm ngày càng tăng, ảnh hưởng đến đời sống sinh vật, vi sinh vật, động vật trong môi trường

Biến sản phẩm 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

Ý nghĩa khoa học: 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

1.5 Các tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

Cách tiếp cận: Thu gom khẩu trang KTYT-1L theo đúng quy định, sát khuẩn, tiến hành gia công trên máy ép nhiệt tạo sản phẩm tấm nhựa Khảo sát: nhiệt độ, thời gian ép ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm tạo thành… ; Sản phẩm tạo ra đáp ứng các thông số phù hợp

Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm khoa học và các phương pháp phân tích: cơ tính, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phân tích nhiệt, UV-Vis

Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm, xoay quanh việc chế tạo tấm vách ngăn từ khẩu trang KTYT-1L đáp ứng các tính chất phù hợp nhu cầu sử dụng: cơ tính, độ truyền qua, kháng

ẩm, kháng hóa chất

1.6 Một số hướng nghiên cứu về tái chế khẩu trang y tế dung 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

1.6.1 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

Việc bổ sung khẩu trang thải trong bê tông là một giải pháp thân thiện với môi trường.Tái chế khẩu trang rác thải góp phần vào nền kinh tế vòng tròn Hơn nữa, đó là một bước tiến đáng kể nhằm đạt được sự bền vững của môi trường liên quan đến các vấn đề đổ thải, bảo tồn tài nguyên và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Khẩu trang thải được thêm vào bê tông ở dạng sợi với tỷ lệ 1% thể tích bê tông được coi là tỷ lệ tối ưu để tăng cường các đặc tính cơ học và

độ bền của bê tông

1.6.2 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]

1.6.3 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 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

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Tổng quan về nguồn nguyên liệu

1.1 Thành phần cấu tạo của khẩu trang y tế

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 [21]

- 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 tạo ra từ nhựa nguyên sinh, có độ dẻo và đàn hồi tốt

+ Nẹp kẽm: Nẹp mũi kẽm bao gồm 1 thanh kẽm mỏng, được bọc nhựa Tùy vào nhu cầu của nhà thu mua mà có thể sản xuất loại 1 lõi kẽm hoặc 2 lõi kẽm

• Nẹp kẽm có ưu điểm là khả năng định hình tốt, tính ổn định cao, giúp giữ được dáng cho khẩu trang Tuy nhiên, nhược điểm là giá thành cao, khó sản xuất hơn nẹp nhựa, đồng thời tính đa dụng cũng 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 1.1 Các lớp của khẩu trang y tế dùng một lần 1.2 Vải không dệt Polypropylene

Vải không dệt được sản xuất từ hạt nhựa Polypropylene nguyên sinh, chiếm từ 80 wt% và phần còn lại là phụ gia, bột màu … tùy thuộc vào nhà sản xuất Vải không dệt có khả năng tự phân rã thành kích thước nhỏ hơn từ micromet thành nanomet trong môi trường có độ ẩm cao hoặc dưới ánh nắng trực tiếp theo thời gian Nó 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 và có thể ngăn ngừa sự sinh sôi của vi khuẩn, Với những đặc tính như vậy, vải không dệt được sử dụng trong những ngành chuyên dụng Nó 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, trợ 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) Đây 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, 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 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 rất lớn đối với môi trường đồng thời còn là một 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 [22]

Hình 1.2 Tác động lâu dài của ô nhiễm vi nhựa từ KTYT-1L [22]

1.3 Nhựa Polypropylene

1.3.1 Sơ lược về Polypropylene

Polypropylene là một loại polyolefin hơi cứng hơn polyethylene Nó là một loại nhựa hàng hóa có tỷ trọng thấp và khả năng chịu nhiệt cao Công thức hóa học của nó là (C3H6)n

Nó tìm thấy ứng dụng trong bao bì, ô tô, hàng tiêu dùng, y tế, phim đúc, v.v

Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của Polypropylene

Được phát hiện lần đầu tiên bởi J Paul Hogan và Robert L Banks vào năm 1951, polypropylen (PP) được trùng hợp từ Propylene ra khỏi dầu thô và là loại nhựa nhiệt dẻo được

sử dụng rộng rãi nhất theo khối lượng [23] Trong 70 năm qua, tiến bộ đáng kể đã đạt được để sản xuất và thương mại hóa PP [24]

Là một trong những loại nhựa rẻ nhất với khả năng xử lý tuyệt vời, kháng hóa chất và độ

ẩm, PP với tính linh hoạt khác nhau đã tìm thấy các ứng dụng khác nhau trong dệt may, ô tô,

mỹ phẩm và bao bì tiêu dùng Trong năm 2016, 26% nhu cầu polymer trên thế giới theo khối

lượng là từ PP (Hình 1.4) Tùy thuộc vào cách nó được sản xuất và công thức, polypropylene

có thể là:

- Cứng hay mềm

- Mờ đục hoặc trong suốt

- Nhẹ hay nặng

- Cách điện hoặc dẫn điện

- Gọn gàng hoặc được gia cố bằng chất độn khoáng rẻ tiền, sợi thủy tinh ngắn hoặc dài, sợi tự nhiên hoặc thậm chí tự gia cố

Hình 1.4 Thị trường các loại nhựa trên thế giới [25]

1.3.2 Phản ứng tổng hợp PP

Polypropylene được tổng hợp bằng cách trùng hợp các monome propylene Phương pháp phổ biến nhất cho điều này là chất xúc tác Ziegler-Natta, sử dụng chất xúc tác kim loại chuyển tiếp để trùng hợp propylene thành polypropylene

Đầu tiên, các monome propylene được kết hợp trong lò phản ứng với chất xúc tác Hỗn hợp này sau đó được đun nóng đến nhiệt độ cao, thường là khoảng 200oC Nhiệt làm cho các monome phản ứng và tạo thành chuỗi polypropylene

Các chuỗi phát triển theo chiều dài và cuối cùng liên kết với nhau để tạo thành polyme Polyme sau đó được đùn ra khỏi lò phản ứng và được làm lạnh để tạo thành các viên polypropylene rắn

Hình 1.5 Phản ứng tổng hợp Polypropylene

Các tính chất cơ học, độ hòa tan và mức độ nóng chảyliên quan đến chất xúc tác trong quá trình trùng hợp Sau khi trùng hợp, PP có thể tạo thành ba cấu trúc chuỗi cơ bản tùy thuộc vào

vị trí của các nhóm metyl:

- Atactic (aPP) - Sự sắp xếp nhóm metyl (CH3 ) không đều

- Isotactic (iPP) - Các nhóm metyl (CH3 ) được sắp xếp ở một phía của mạch cacbon

- Syndiotactic (sPP) - Sự sắp xếp nhóm metyl (CH3) xen kẽ

- Mật độ của Polypropylene: PP là một trong những polyme nhẹ nhất trong số tất cả các

loại nhựa hàng hóa Tính năng này làm cho nó trở thành một lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng tiết kiệm trọng lượng nhẹ

Homopolymer: 0,904 - 0,908 g /cm3

Copolymer Random: 0,904 - 0,908 g / cm3

Copolymer Impact: 0,898 - 0,900 g / cm3

- Kháng hóa chất Polypropylene

+ Khả năng chống axit, rượu và bazơ pha loãng và đậm đặc

+ Khả năng chống chịu tốt với andehit, este, hydrocacbon béo, xeton

+ Khả năng chống chịu hạn chế với các hydrocacbon thơm và halogen hóa và các chất oxy hóa

- Tính dễ cháy: Polypropylene là vật liệu rất dễ cháy

- PP vẫn giữ được các đặc tính cơ và điện ở nhiệt độ cao, trong điều kiện ẩm ướt và khi ngâm trong nước Nó là một loại nhựa không thấm nước

- PP có khả năng chống nứt ứng suất môi trường tốt

- Nó nhạy cảm với sự tấn công của vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn và nấm mốc

- Nó thể hiện khả năng chống tiệt trùng bằng hơi nước tốt

* Nhược điểm của Polypropylene

- Khả năng chống tia UV, va đập và trầy xước kém

- Nhiệt độ dưới -20 ° C

- Nhiệt độ chịu được thấp, 90 - 120 °C

- Bị tấn công bởi axit oxy hóa cao, trương nở nhanh chóng trong dung môi clo hóa và chất thơm

- Độ ổn định lão hóa nhiệt bị ảnh hưởng bất lợi khi tiếp xúc với kim loại

- Các thay đổi về kích thước khuôn đúc do hiệu ứng kết tinh - điều này có thể được giải quyết bằng các tác nhân tạo mầm

- Độ bám sơn kém

Tuy nhiên, polypropylene dần dần được tối ưu hóa cho hiệu suất của nó bằng cách cải thiện các đặc tính của nó bằng cách sử dụng các chất phụ gia khác nhau Xem các chất phụ gia giúp cải thiện tính chất của PP như thế nào

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

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 Hóa Nam- 239/4 Lý Thường Kiệt, Phường 15, Quận 11, Thành phố Hồ Chí Minh

3 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

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

* Máy ép nhiệt

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)

Hình 2.2 Thiết bị máy ép nhựa gia nhiệt BAOPIN

Hình 2.3 Khuôn ép mẫu 2.2 Quy trình thực hiện

2.2.1 Quy trình xử lý và chuẩn bị nguyên liệu

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

* Tính toán số liệu

Kích thước khuôn là 150 x 150 x 2 mm tương đương thể tích lòng khuôn 45 cm3

Vậy thể tích vật liệu PP khi nóng chảy điền đầy khuôn được tính bằng công thức:

M PP = V K x D PP

Với M PP : Khối lượng vật liệu PP cần để điền đầy khuôn

V K : Thể tích lòng khuôn ép, 45 cm3

D PP : Khối lượng riêng vật liệu PP, lấy giá trị là 0,95g/ cm3

Kết quả: MPP = 45 cm3 x 0,95 g/cm3= 42,75 g Qua thực nghiệm nghiên cứu và quá trình thực hiện đề tài thì đã rút đã lấy dư thêm gần 17% MPP để tối ưu vật liệu điền đầy khuôn ép

Và khối lượng vụn khẩu trang cần chuẩn bị cho mỗi ép sản phẩm được cân là 50 g/mẫu

* Thuyết minh quy trình:

Thu gom: Rác thải khẩu trang y tế (Khẩu trang y tế dùng một lần – KTYT-1L) đã qua sử

dụng từ bản thân, từ người thân gia đình và bạn bè… được thu gom, khử khuẩn bằng cồn và lưu trữ trong túi nhựa

Làm sạch: KTYT-1L được làm sạch và khử trùng bằng ethanol tinh khiết 99% trong 15

phút Sau đó, được vắt ráo và phơi khô Đối với khẩu trang thải từ nhà máy thì bỏ qua bước xử

lý này, do khẩu trang chưa được sử dụng

Xử lý nguyên liệu: KTYT-1L được cắt loại bỏ thành phần như dây đeo, nẹp mũi và giữ

lại lớp vải không dệt PP Lớp vải không dệt được cắt thành vụn nhỏ hình vuông cỡ 5 x 5 mm

Mỗi tấm ép từ KTYT-1L sẽ có khối lượng ~ 50g vụn khẩu trang như hình 2.5

Hình 2.5 Cân 50g vụn

2.2.2 Quy trình ép nhiệt

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

* Thuyết minh quy trình:

Quy trình ép nhiệt tấm nhựa từ khẩu trang tái chế được chia làm 2 giai đoạn là ép thô và

ép định hình tạo tấm nhựa (Hình 2.6), cụ thể như sau:

Gia đoạn 1: Tạo tấm ép thô

Bước 1: Bật máy ép gia nhiệt BAOPIN và gia nhiệt máy 125°C, bỏ khuôn ép vào làm

nóng khuôn ở nhiệt độ này

Bước 2: Khi nhiệt độ khuôn đạt 125 °C thì lấy khuôn ép ra khỏi máy Cho 25g vụn khẩu

trang vào khuôn (trải đều vụn trên mặt khuôn) (Hình 2.7) Với 50g vụn khẩu trang chia làm 2

lần ép thực hiện 2 lần bước 1 và bước 2

Hình 2.7 Vụn khẩu trang trải đều trên khuôn ép Bước 3: Ép sát 2 khuôn với lực ép 15 MPa và giữ trong 2 phút Sau đó lấy tấm ép thô ra

để chuẩn bị cho giai đoạn ép định hình tiếp theo (Hình 2.8)

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

Giai đoạn 2: Định hình sản phẩm

Bước 1: Gia nhiệt máy đến nhiệt độ cần khảo sát Làm nóng khuôn ép ở nhiệt độ này Sau

đó lấy khuôn ra ngoài dùng cọ quét đều lượng ít chất chống dính (dùng Acid Stearic) đều lòng

và cả 2 mặt khuôn ép, sau đó cho đều 2 tấm ép thô vào lòng khuôn

Bước 2: Đưa khuôn có mẫu vào máy ép Ép sát khuôn ép (đã có tấm ép thô) với lực ép 20

MPa ở nhiệt độ khảo sát

Bước 3: Sau khi đủ thời gian khảo sát, thực hiện giải nhiệt để mẫu kết tinh và làm nguội

mẫu Hạ nhiệt đến 60°C, trong quá trình hạ nhiệt thực hiện nâng lực ép sát khuôn để mẫu không bị cong vênh

Bước 4: Lấy mẫu ra ngoài, để nguội 5 phút và cắt bavia, sau đó ta thu được thành phẩm Bảng 2.3 Bảng thông số khảo sát thời gian và nhiệt độ tạo mẫu tấm RPP-Xanh

Tên mẫu Nhiệt độ ép

(°C )

Thời gian ép (Phút)

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

2.3.1 Phương pháp phân tích nhiệt và nhiệt trọng lượng

Phép đo nhiệt lượng bao gồm đo nhiệt lượng tỏa ra hoặc hấp thụ trong quá trình chuyển đổi nhiệt động lực học hoặc hóa học các phản ứng của vật liệu khẩu trang Đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) là đo lượng nhiệt được hấp thụ hoặc phát ra bởi hai mẫu trải qua chu trình gia nhiệt hoặc làm lạnh

Phân tích trọng trường nhiệt (TGA) là một phương pháp phân tích nhiệt, trong đó những thay đổi về vật lý và hóa học theo hàm nhiệt độ và thời gian Các đặc tính của vật liệu được đo dưới dạng hàm tăng nhiệt độ (với tốc độ gia nhiệt không đổi), hoặc hàm của thời gian (với nhiệt độ không đổi hoặc mất khối lượng không đổi) TGA có thể cung cấp thông tin về vật lý các hiện tượng, chẳng hạn như sự chuyển pha bậc hai, bao gồm sự hấp thụ thăng hoa hóa hơi

và giải hấp Đo TGA của khẩu trang để xác định các đặc tính của vật liệu có biểu hiện mất

khối lượng hoặc tăng do phân hủy, oxy hóa, hoặc mất chất bay hơi (chẳng hạn như độ ẩm) Phương pháp đo nhiệt lượng quét vi sai DSC – nhiệt trọng lượng TG với vật liệu nhựa

PP từ khẩu trang y tế được thực hiện đo bằng thiết bị Labsys Evo (TG-DSC-1600°C), tốc độ gia nhiệt 10°C/phút trong môi trường khí N2 tại trường Đại Học Sư Phạm Tp.HCM và thực hiện đo theo tiêu chuẩn ASTM D1238, phương pháp A

Chuẩn bị nguyên liệu: lớp nhựa PP từ khẩu trang được cắt vụn ra rất nhỏ cỡ 1 x 1 mm, khối lượng chuẩn bị 3g

Hình 2.9 Máy phân tích nhiệt vi sai LABSYS evo STA 1150

Model: LABSYS evo STA 1150, hãng sản xuất: Setaram

Xuất xứ: Pháp

2.3.2 Tính chất cơ học

Để xác định về độ bền kéo, độ biến dạng của tấm RPP từ khẩu trang được đo ở nhiệt độ phòng bằng máy đo độ bền kéo Shimadzu tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ Vật liệu, trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh theo tiêu chuẩn ASTM D638

Độ bền kéo của mẫu được xem như là mức lực cao nhất mà mẫu có thể chịu đựng được trước khi bị đứt hoặc phá vỡ Độ bền kéo được tính theo công thức sau: