(Đồ án hcmute) nghiên cứu ứng dụng phế phẩm nông nghiệp (bã cà phê) làm phụ gia cho sản phẩm cao su

THÔNG TIN CHUNG Họ và tên người hướng dẫn: Trần Tấn Đạt Đơn vị công tác: Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường ĐH Bách Khoa, ĐHQG TPHCMHọc hàm, học vị: Thạc sỹ Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI

SKL011627

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNGĐẠĐẠ I I H HỌCỌCSƯSƯPHẠ M M K KỸỸTHUẬẬ T T TP TP . . H HỒỒ CHÍ CHÍMINH

- -

-KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÊN ĐỀ TÀI TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẾ PHẨM NÔNG

NGHIÊNỆPC(BÃỨUCÀỨNGPHÊ)DỤNGLÀMPHPHẾPHỤGIAẨM CHONÔNG NGHIỆP (BÃSẢCÀNPHPHÊ)ẨM LÀMCAO SUPHỤ

GIA CHO SẢN PHẨM CAO SU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG

NGHỆ HÓA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Chuyên ngành: CNKT Hóa Polymer

CÀ PHÊ) LÀM PHỤ GIA CHO SẢN PHẨM CAO SU

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

- Khảo sát các tính cơ lý của độn là bã cà phê trong cao su.

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 25/02/2021

4 Ngày hoàn thành khóa luận:12/12/2021

5 Họ tên người hướng dẫn: ThS TRẦN TẤN ĐẠT

6 Nội dung hướng dẫn:

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học

Tp.HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2021

Trần Tấn Đạt

iv

- CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

KHÓA 2017

(NGƯỜI HƯỚNG DẪN)

1 THÔNG TIN CHUNG

Họ và tên người hướng dẫn: Trần Tấn Đạt

Đơn vị công tác: Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường ĐH Bách Khoa, ĐHQG TPHCMHọc hàm, học vị: Thạc sỹ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu

Họ và tên sinh viên: Phạm Đức Mạnh

MSSV: 17128039

Chuyên ngành: Polymer Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phế phẩm nông nghiệp (bã cà phê) làm phụ gia cho sản phẩm cao su

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: Phù hợp

2.2 Mục tiêu và nội dung

- Nghiên cứu phế phẩm nông nghiệp (bã cà phê) làm phụ gia cho sản phẩm cao su với mục tiêu thay thế được các phụ gia truyền thống, đảm bảo tính chất cơ lý, tận dụng được tối đa lượng phề thải bã cà phê,…

- Xử lý nguồn nguyên liệu ban đầu, khảo sát các hàm lượng của bã cà phê ảnh hưởng đếnt/c cơ lý của sản phẩm, khảo sát độ trương của sản phẩm, phân tích hình thái học của vật liệu thông qua ảnh SEM, phổ IR,

2.3 Kết quả đạt được

- Đảm bảo được tính chất cơ lý của sản phẩm

=> Bã cà phê có thể ứng dụng làm phụ gia cho sản phẩm cao su

2.4 Ưu điểm của khóa luận

- Hoàn thành các công việc mà giáo viên hướng dẫn yêu cầu

- Sinh viên siêng năng, chủ động trong công việc

- Mặc dù, dịch covid 19 rất phức tập nhưng sinh viên đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ luận văn đúng tiến độ

2.5 Những thiếu sót của khóa luận

- Luận văn còn 1 số lỗi chính tả

3 NHẬN XÉT TINH THẦN VÀ THÁI ĐỘ LÀM VIỆC CỦA SINH VIÊN

- Năng động, tinh thần chịu khó ham học hỏi

Được bảo vệ  Bổ sung thêm để được bảo vệ Không được bảo vệ

5 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Hình thức trình bày (đẹp, rõ ràng, tài liệu tham khảo 20

Bố cục của bài viết (chặt chẽ, cân đối) 10 07

Phương pháp nghiên cứu phù hợp, đảm bảo độ tin cậy, xử 20 20

lý số liệu

Nội dung thực hiện, kết quả của đề tài đảm bảo tính khoa 20 20

học, công nghệ

Kết luận phù hợp với mục tiêu, nội dung nghiên cứu 10 8

Hiệu quả ứng dụng và chuyển giao công nghệ 10 5

Kỹ năng thực nghiệm, xử lý tình huống 5 5

Thái độ làm việc nghiêm túc 5 5

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

Trần Tấn Đạt

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CN HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

KHÓA 2017

(NGƯỜI PHẢN BIỆN)

1 THÔNG TIN CHUNG

Họ và tên người phản biện: Nguyễn Hưng Thủy

Đơn vị công tác: Trường Đại học Công nghiệp Thực Phẩm Thành phố Hồ Chí Minh

Học hàm, học vị: Thạc sĩ

Chuyên ngành: Vật liệu

Họ và tên sinh viên: Phạm Đức Mạnh

MSSV: 17128039

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học Polymer

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phế phẩm nông nghiệp (bã cà phê) làm phụ gia cho

Số tài liệu tham khảo: 26 Phần mềm tính toán:

Bố cục: Đầy đủ các phần theo yêu cầu

Hành văn: Viết mạch lạc, rõ ý

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: Các thuật ngữ chuyên môn được dùng chính xác, có giải thích rõtên thuật ngữ chuyên ngành

2.2 Mục tiêu và nội dung

- Có tính mới: đưa ra một hướng ứng dụng phế phẩm bã cà phê làm chất độn cho cao su thiên nhiên

Đề tài đề cập đến hướng nghiên cứu và phát triển vật liệu xanh, góp phần đa dạng các nguồnnguyên liệu chất độn cho cao su

- Báo cáo kết quả khóa luận đã trình bày các thực nghiệm phù hợp mục tiêu và nội dung đề tài đặt ra.

2.3 Kết quả đạt được

- Đã xác định được ảnh hưởng của quá trình xử bã cà phê (tách dầu) đến tính chất cơ lý của

composite cao su dùng chất độn bã cà phê

- Đã đánh giá được khả năng ứng dụng của chất độn bã cà phê cho nền cao su thiên nhiên thông qua

2.4 Ưu điểm của khóa luận

- Cơ sở lý thuyết đã trình bày các tính chất cơ bản của cao su thiên nhiên và bã cà phê

- Tài liệu tham khảo nhiều, mới và có độ tin cậy cao

- Kết quả thực nghiệm đáp ứng tốt mục tiêu đề ra

- Các số liệu thực nghiệm đã được tính toán sai số, có thể đánh giá được độ tin cậy của kết quả đo

- Đề tài có tính ứng dụng thực tế cao

2.5 Những thiếu sót của khóa luận

- Phần Tóm tắt khóa luận, chỉ nêu cách thực hiện thực nghiệm mà chưa trình bày tóm tắt các kết quảđạt được của đề tài

- Nên bổ sung thêm các từ viết tắt vào danh mục từ viết tắt

- Chưa ghi số hiệu tài liệu tham khảo cho phần 1.1 Cao su thiên nhiên

- Nên bổ sung 1 phần đánh giá các công bố nghiên cứu khoa học liên quan trong nước và thế giới.Trong báo cáo có 2 công bố khoa học liên quan đề tài của Thái Lan và Slovakia được đề cập ở phần

Mở đầu

- Trong phần Kết luận, nên trình bày định lượng các số liệu Đây cũng là cơ sở so sánh, tham khảo đối với người tham khảo tài liệu khóa luận tốt nghiệp này

- Rà soát một số lỗi chính tả, ví dụ: CaCO3 trang xii, …

3 CÂU HỎI PHẢN BIỆN (ít nhất 02 câu hỏi)

1 Tác giả cho biết cơ sở đưa ra phương pháp thực nghiệm xử lý và tách dầu cho bã cà phê?

2 Trình bày phân tích hình SEM 3.4 và cho biết kích thước hạt bã cà phê phân tán trong nền cao su

ở hình này?

4 ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA PHẢN BIỆN

Không được bảo vệ

5 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Hình thức trình bày (đẹp, rõ ràng, tài liệu tham khảo 20

20

đầy đủ/đa dạng…)

Bố cục của bài viết (chặt chẽ, cân đối) 10 5

Phương pháp nghiên cứu phù hợp, đảm bảo độ tin cậy, xử 20

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2021

Giảng viên phản biện

NGUYỄN HƯNG THỦY

đá thông thường Dựa trên kết quả thu được có thể kết luận rằng bã cà phê có thể được

sử dụng trong chức năng thay thế chất độn cho cao su.

LỜI CẢM ƠN

Sau khi sắp sửa hoàn thành chương trình học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, báo cáo khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học với đề tài “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP (BÃ CÀ PHÊ) LÀM PHỤ GIA CHO SẢN PHẨM CAO SU” là kết quả quá trình cố gắng của bản thân và được

sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè và người thân.

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đối với các thầy/cô của trường, tất

cả quý thầy cô Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm và đặc biệt

là quý thầy/cô giảng viên bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học của trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM đã cho nhóm những kiến thức cơ bản, nền tảng cũng như kiến thức chuyên môn và môi trường thực nghiệm và nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm ở trường để em có thể hoàn thành tốt khóa luận này.

Lời cảm ơn thứ hai em xin gửi đến giảng viên hướng dẫn là Thạc sĩ TRẦN TẤN ĐẠT, thầy là người giúp đỡ em rất nhiều từ khi bắt đầu cho đến lúc hoàn thiện được luận văn Thầy chỉ bảo, dẫn dắt và chỉ ra những lỗi sai của em trong quá trình làm đề tài để có thể đưa ra hướng đi tốt nhất Thầy luôn sắp xếp thời gian

để giải đáp thắc mắc những lúc em gặp khó khăn để em đưa ra hướng giải quyết kịp thời Thầy luôn tạo điều kiện tốt nhất để hỗ trợ cho em về trang thiết

bị cũng như môi trường làm thí nghiệm để em hoàn thành khóa luận này.

Lời cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh và ủng hộ trong suốt 4 năm đại học, tạo mọi điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.

Do thời gian thực nghiệm có hạn cũng như kiến thức bản thân em còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu Vì vậy, em kính mong nhận được những ý kiến đóng góp và sửa chữa từ quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp được thực hiện độc lập bởi em với sự cố vấn của thầy Trần Tấn Đạt, tất cả tài liệu tham khảo đã được công bố đầy đủ, nội dung của khóa luận là hoàn toàn trung thực.

TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2021

Sinh viên thực hiện

Phạm Đức Mạnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG

NGHỆ HÓA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Chuyên ngành: CNKT Hóa Polymer

CÀ PHÊ) LÀM PHỤ GIA CHO SẢN PHẨM CAO SU

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

- Khảo sát các tính cơ lý của độn là bã cà phê trong cao su.

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 25/02/2021

4 Ngày hoàn thành khóa luận:12/12/2021

5 Họ tên người hướng dẫn: ThS TRẦN TẤN ĐẠT

6 Nội dung hướng dẫn:

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học

Tp.HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2021

Trần Tấn Đạt

MỤC LỤC

TÓM TẮT KHÓA LUẬN i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU xi

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1

1.1 Cao su thiên nhiên 1

1.1.1 Tổng quan về cao su thiên nhiên 1

1.1.2 Tính chất vật lý của cao su thiên nhiên 3

1.1.3 Tính chất hóa học 4

1.1.4 Sự lưu hóa của cao su 6

1.1.5 Ứng dụng của cao su thiên nhiên 7

1.2 Bã cà phê 8

1.2.1 Tổng quan về bã cà phê 8

1.2.2 Các thành phần có trong bã cà phê 9

1.2.3 Ứng dụng của bã cà phê 14

CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM 16

2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị sử dụng 16

2.1.1 Nguyên liệu 16

2.1.2 Dụng cụ 16

2.1.3 Thiết bị sử dụng 16

2.2 Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu 27

2.2.1 Xử lý cơ học bã cà phê 27

2.2.2 Tách dầu bã cà phê 27

2.2.3 Quy trình chuẩn bị mẫu cao su 29

2.3 Phương pháp thực nghiệm 32

2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 32

2.3.2 Phương pháp xác định độ bền kéo 32

2.3.3 Phương pháp xác định độ bền xé 34

2.3.4 Phương pháp xác định đường cong lưu hóa và thời gian lưu hóa tối ưu 35

2.3.5 Phương pháp đánh giá độ cứng Shore A 35

2.3.6 Phương pháp xác định hệ số lão hóa 36

2.3.7 Phương pháp SEM 36

2.3.8 Phương pháp LS 37

2.3.9 Phương pháp xác định độ trương nở của cao su trong dung môi 37

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Đánh giá sự thay đổi của bã cà phê bằng phương pháp FTIR 38

3.2 Đánh giá khả năng phân tán của bã cà phê trong cao su 39

3.2.1 Phân tích SEM của bã cà phê 39

3.2.2 Phân tích SEM của vật liệu 40

3.2.3 Đánh giá sự phân bố kích thước hạt 41

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bã cà phê đến tính lưu biến của cao su 43

3.4 Khảo sát tính chất cơ lý của sản phẩm cao su: Mẫu bã cà phê chưa xử lý và bã cà phê đã tách dầu 44

3.4.1 Độ bền kéo 44

3.4.2 Độ bền xé 45

3.4.3 Độ cứng Shore A 47

3.4.4 Khả năng kháng lão hóa của cao su 48

3.5 So sánh tính chất cơ lý của cao su khi sử dụng các loại độn khác nhau: bã cà phê/ CaCO 3 49

3.5.1 Độ bền kéo 49

3.5.2 Độ bền xé 50

3.5.3 Độ cứng Shore A 51

3.5.4 Khả năng kháng lão hóa của cao su 52

3.6 Khảo sát khả năng trương trong dung môi của cao su khi sử dụng bã cà phê 53

3.6.1 Khả năng trương của cao su sử dụng độn là bã cà phê trong nước 53

3.6.2 Khả năng trương của cao su sử dụng độn là bã cà phê trong toluen 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

Kết luận 56

Kiến nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 61

vi

mẫu cao su độn bã cà phê đã tách dầu 43

Bảng 3.2 Bảng kết quả độ bền kéo của mẫu cao su độn bã cà phê chưa xử lý và mẫu cao su độn bã cà phê tách dầu 44 Bảng 3.3 Bảng kết quả độ bền xé của mẫu cao su độn bã cà phê chưa xử lý và mẫu cao

su độn bã cà phê đã tách dầu 45

Bảng 3.4 Bảng kết quả độ cứng Shore A của mẫu cao su độn bã cà phê

Bảng 3.5 Kết quả hệ số kháng lão hóa của mẫu cao su độn bã cà phê chưa xử lý và mẫu

cao su độn bã cà phê đã tách dầu 48 Bảng 3.6 Bảng kết quả độ bền kéo của mẫu cao su độn bã cà phê và mẫu cao su độn bột

bột đá 52

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của cao su thiên nhiên 1

Hình 1.2 Đồng phân lập thể cis-trans của polyisoprene 2

Hình 1.3 Cao su hydrogen hóa (C 5 H 10 ) n 4

Hình 1.4 Quá trình phản ứng tạo (C 5 H 8 Cl 2 ) n 5

Hình 1.5 Quá trình phản ứng tạo (C 10 h 16 Br 4 ) n 5

Hình 1.6 Bã cà phê 8

Hình 1.7 Cấu tạo quả cà phê 9

Hình 1.8 Thành phần bã cà phê 10

Hình 1.9 Cấu trúc phân tử Caffeine 12

Hình 2.1 Máy cán hai trục PRES02041 17

Hình 2.2 Máy xay công suất lớn 18

Hình 2.3 Máy khuấy đũa IKA EURO STAR 40 digital 19

Hình 2.4 Tủ sấy nhiệt đối lưu Memmert UN110 20

Hình 2.5 Máy Jasco FT/IR – 4700 21

Hình 2.6 Máy chụp SEM TM4000 plus 22

Hình 2.7 Thiết bị đo độ cứng Shore A GS 701 23

Hình 2.8 Máy Testometric M350-10CT 24

Hình 2.9 Máy Rheometer HZ-7001B 25

Hình 2.10 Máy ép nóng Panstone 26

Hình 2.11 Hỗn hợp được khuấy bằng máy khuấy cơ 27

Hình 2.12 Sơ đồ quy trình xử lý tách dầu bã cà phê 28

Hình 2.13 Bã cà phê của hai quá trình xử lý 29

Hình 2.14 Quy trình chuẩn bị mẫu cao su 29

Hình 2.15 Mẫu quả tạ 32

Hình 2.16 Mẫu quả tạ sau khi cắt mẫu 33

Hình 2.17 Mẫu quả tạ được gắn vào thiết bị đo 33

Hình 2.18 Mẫu cánh bướm 34

Hình 2.19 Mẫu cao su hình cánh bướm 34

Hình 2.20 Mẫu cánh bướm được gắn vào ngàm 35

Hình 2.21 Thiết bị đo độ cứng Shore A 36

Hình 3.1 Kết quả đo phổ hồng ngoại FITR của bã cà phê chưa xử lý và bã cà phê đã tách dầu 38

Hình 3.2 Hình chụp SEM bã cà phê chưa xử lý 39

Hình 3.3 Hình chụp SEM bã cà phê đã xử lý tách dầu 39

Hình 3.4 Bề mặt mẫu cao su chứa bã cà phê đã tách dầu 40

Hình 3.5 Bề mặt mẫu cao su chứa bã cà phê chưa xử lý 41

Hình 3.6 Sự phân bố kích thước hạt bã cà phê chưa xử lý 41

Hình 3.7 Sự phân bố kích thước hạt bã cà phê đã tách dầu 42

Hình 3.8 Ảnh hưởng hàm lượng độn đến thời gian lưu hóa cao su 43

Hình 3.9 Biểu đồ ứng suất đứt của mẫu cao su độn bã cà phê 44

Hình 3.10 Biểu đồ ứng suất xé của mẫu cao su độn bã cà phê 46

Hình 3.11 Biểu đồ độ cứng Shore A của mẫu cao su độn bã cà phê 47

Hình 3.12 Biểu đồ biểu thị hệ số kháng lão hóa của cao su độn bã cà phê 48 Hình 3.13 Biểu đồ ứng suất đứt của mẫu cao su độn bột đá và mẫu cao su độn bã cà phê 49 Hình 3.14 Biểu đồ ứng suất xé của mẫu cao su độn bột đá và mẫu cao su độn bã cà phê 50 Hình 3.15 Biểu đồ thể hiện độ cứng của mẫu cao su độn bã cà phê và mẫu cao su độn bột đá 51

Hình 3.16 Biều đồ hệ số lão hóa của mẫu cao su độn bã cà phê và mẫu cao su độn bột đá 52

Hình 3.17 Đồ thị biểu thị độ trưởng nở của các mẫu cao su trong nước 53

Hình 3.18 Đồ thị biểu thị độ trương nở của các mẫu cao su trong Toluen 54

MỞ ĐẦU

Cà phê Việt Nam được bắt đầu vào năm 1857 bởi người Pháp, đây là một trong những ngành mang lại nhiều giá trị về mặt kinh tế cho nông nghiệp nước nhà Theo thống kê vào quý 1 năm 2020, xuất khẩu cà phê đạt 489.2 nghìn tấn, trị giá 835.22 triệu USD [1] Đồng thời, nhu cầu sử dụng cà phê tại Việt Nam cũng tăng cao thông qua các sản phẩm được chế biến từ hạt cà phê như: cà phê hòa tan, cà phê pha phin, cà phê uống liền, cà phê pha máy Do việc tiêu thụ lượng cà phê lớn nhưng lại không có cách tận dụng và xử lý phế phẩm là bã cà phê nên sẽ phát sinh nhiều chất thải gây tác động đến môi trường Tuy nhiên, bã cà phê lại chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ (axit béo, lignin, xenlulozo và các polisaccarit khác) và điều này có thể được khai thác

để làm các sản phẩm có giá trị Vì vậy, việc tìm kiếm, nghiên cứu, phát triển tạo ra hay ứng dụng những vật liệu mới, thân thiện với môi trường mà vẫn mang đến những công dụng thực tế cho đời sống con người là rất cần thiết.

Thêm vào đó, ngành cao su là một trong những ngành trọng yếu của nền kinh tế Việt Nam, tạo ra được nhiều giá trị về mặt kinh tế và sản xuất ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người Trong ngành chế biến cao su, ngoài thành phần chính là cao su thì còn sử dụng thêm những chất khác để có được những tính chất mà người sử dụng mong muốn Với nhu cầu sử dụng những chất thân thiện với môi trường, có tiềm năng cao để thay thế những chất độn truyền thống nhưng vẫn có giá thành thấp, không độc hại, có đặc tính cơ học phù hợp và tận dụng được những phế phẩm có sẵn thì bã cà phê là một sự lựa chọn.

Hiện nay, đã có rất nhiều nghiên cứu về việc sử dụng bã cà phê làm phụ gia trong cao su được ra đời, nhằm mục đích tận dụng tối đa nguồn phế phẩm để thay thế phụ gia truyền thống Các nghiên cứu cụ thể như: “Green Natural Rubber Foam filled with Spent Coffee Grounds” được nghiên cứu bởi Worawan Pechurai, Sitthinan Saengdian và Wanichaya Chairuen, tại Đại học Maejo, Chiangmai, Thái Lan đã sử dụng bã cà phê để dùng làm chất độn cho cao su tự nhiên Nhóm đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của độn là bã cà phê đến cơ tính và tính chất nhiệt của cao su dạng foam “Use of water materials in rubber matrix” được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu từ Khoa Công nghệ công nghiệp

ở Púchov tại Đại học Alexander Ducek, Cộng hòa Slovakia, nghiên cứu các đặc tính lưu biến và đặc điểm lưu hóa đối với loại cao su không lưu hóa cũng như tính cơ lý và tính chất động lực học của sản phẩm được lưu hóa.

Sau khi tìm hiểu tài liệu, kết hợp với những kiến thức đã được trang bị, em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phế phẩm nông nghiệp (bã cà phê) làm phụ gia cho sản phẩm cao su” để nghiên cứu sự ảnh hưởng của bã cà phê đến cao su và ứng dụng để sản xuất sản phẩm cao su phục vụ cho đời sống Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu và ứng dụng được phế phẩm nông nghiệp (bã cà phê) làm phụ gia cho sản phẩm cao su.

Sản phẩm đạt những yêu cầu:

- Thay thế được các phụ gia truyền thống.

- Tính chất cơ lý được đảm bảo.

- Dễ dàng ứng dụng được trong thực tế.

- Tận dụng được tối đa lượng bã cà phê.

- Có thể đáp ứng được các yêu cầu về độ cứng, mức độ lưu hóa cũng như tương thích tốt với cao su.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Cán trộn và nghiên cứu tính chất của cao su khi có độn là bã cà phê chưa xử lý và bã cà phê đã xử lý.

- So sánh các tính chất của độn là bã cà phê với các loại độn truyền thống là CaCO 3

Phương pháp nghiên cứu

- Giai đoạn 2: Xử lý cơ học bã cà phê và tách dầu.

- Giai đoạn 3: Cán trộn các đơn pha chế với hàm lượng bã cà phê khác nhau.

- Giai đoạn 4: Khảo sát các tính chất của cao su dựa trên các phương pháp:chụp SEM, đo cơ tính, FTIR, hệ số lão hóa và tỷ lệ trương nở.

- Giai đoạn 5: So sánh với các loại độn truyền thống là CaCO 3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đáp ứng của bã cà phê được sử dụng trong cao su với vai trò là độn Giúp bổ sung vào ngành khoa học vật liệu trong nước các nghiên cứu về độn cao su.

Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu ứng dụng của bã cà phê được sử dụng là độn trong cao su giúp tận dụng được phế phẩm nông nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Cao su thiên nhiên

1.1.1 Tổng quan về cao su thiên nhiên

Ở thế kỉ XVI, cao su thiên nhiên đã được người Nam Mỹ sử dụng Sau đó, cây cao su được trồng, phát triển mạnh ở khu vực Châu Á Tuy nhiên, mãi tới năm 1839 vật liệu cao su mới được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống Đây là mốc thời gian đánh dấu sự ra đời của quá trình lưu hóa cao su (cao su chuyển sang trạng thái đàn hồi) Cao su thiên nhiên được điều chế từ mủ của cây cao su trồng trong tự nhiên Mủ cao su ở dạng nhũ tương, trong đó có 28% - 40% hạt cao su khô kích thước siêu nhỏ và chuyển

động ở trạng thái Browner [2]

Cao su thiên nhiên là một polymer thiên nhiên có tính đàn hồi và tính bền, thu được

từ mủ (latex) của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại Hevea Brasiliensis của họ Ðại kích (Euphorbiaceae) Vào năm 1975, nhà khoa học Pháp Bouchardat chứng minh cao su thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C 5 H 8 ) n ; những mạch polymer này có mạch carbon rất dài với những nhánh ngang tác dụng như cái móc Các mạch

đó xoắn lẫn nhau, móc vào bằng những nhánh ngang mà không đứt khi kéo dãn, mạch carbon có xu hướng trở về dạng cũ, do đó sinh ra tính đàn hồi Cao su thiên nhiên có thành phần hóa học chủ yếu là poly isopren chứa khoảng 94% đồng phân cis-1,4-polyisopren và 6% thành phần phi cao su như: protein, lipid, đường.

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của cao su thiên nhiên

Về mặt cấu tạo hóa học của cao su tự nhiên là polyisopren – polyme của isopren Mạch đại phân tử của cao su tự nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis

liên kết với nhau ở vị trí 1,4 Cao su thiên nhiên dễ bị lưu hóa do sự hiện diện của một liên kết đôi trong mạch Cao su sau khi lưu hóa sẽ có tính đàn hồi, độ bền cơ học cũng tốt hơn.

1.1.1.1 Cơ cấu lập thể

Sự hiện diện của các nối đôi ở chuỗi giúp phân tử có một đồng phân trans: (đồng phân hình học)

cis-Hình 1.2 Đồng phân lập thể cis-trans của polyisoprene

Các polyisoprene tổng hợp thu được gần đây cũng như hydrocarbon cao su thiên nhiên đều có cấu trúc dạng cis (cis - 1,4 - polyisoprene) 1.1.1.2 Phân tử khối [2]

Trị số có được trong việc xác định phân tử khối cao su rất biến thiên: ít nhất là 10.000 đến hơn 400.000, tùy theo quá trình xử lý Ta cũng nên lưu

ý tới các phương pháp dùng để đo phân tử khối.

Người ta thường thực hiện xác định phân tử khối ở những phần có được qua chiết rút cao su bằng dung môi, tránh oxygen hiện hữu Trị số trung bình tìm thấy ở phần tan nhất là vào khoảng 50.000, trong lúc trị số phân tử khối trung bình tìm thấy cao hơn 200.000 là ở những phần khuếch tán chậm nhất.

Thí nghiệm cán cao su (có sự phân cắt phân tử do oxygen gây ra) đã làm cho phân tử khối cao su hạ thấp xuống 25.000 hay 30.000; một quá trình cán trộn mạnh hơn hay

sự oxy hóa mạnh hơn, phân tử khối hạ xuống tới 10.000 và có thể là kém hơn nữa.

1.1.2 Tính chất vật lý của cao su thiên nhiên

1.1.2.1 Tính chất vật lý [2]

Ở nhiệt độ thấp, nó có cấu trúc tinh thể Cao su thiên nhiên kết tinh với

vận tốc nhanh nhất ở -25°C, tinh thể nóng chảy ở 40°C.

Bảng 1.1 Một số thông số của cao su thiên nhiên

Cao su tự nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch

vòng và CCl 4 Tuy nhiên, nó không tan trong rượu và xetôn.

1.1.2.2 Độ co giãn và đàn hồi

Đây là một đặc tính nổi bật của cao su Xét về vi mô, độ co giãn chính là

kết quả của sự sắp xếp các phân tử cao su theo các chuỗi xoắn, nhăn.

Khi lực kéo tác động các chuỗi này giãn thẳng và trở về trạng thái ban

đầu bằng lực kéo của các liên kết giữa các phân tử cao su.

Độ co giãn này bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, giảm khi nhiệt độ thấp và

tăng khi nhiệt độ cao tuy nhiên có giới hạn Có một đặc tính không mong

muốn trong ở đây đó là độ “kết tinh”, đó chính là sự “đông cứng” của

các liên kết phân tử, dẫn đến cao su không thể trở về hình dạng ban đầu.

Để khắc phục nhược điểm này người ta thực hiện lưu hóa cao su tạo ra liên kết di- và polysulfide giữa các chuỗi, điều này giới hạn tự do, thắt chặt các chuỗi cao su nhanh hơn, do đó làm tăng độ đàn hồi, làm cho cao su cứng hơn và ít giãn hơn.

1.1.3 Tính chất hóa học

1.1.3.1 Phản ứng cộng [2]

Về phản ứng trực tiếp của hydrogen với cao su đã được nhiều người nghiên cứu Người

ta thường hòa tan cao su vào một dung môi và lọc sạch các chất bẩn thiên nhiên để tránh chúng bị phân hủy Tổng quát, phải nung nóng nhiều giờ ở nhiệt độ khá cao (150 0 C đến

280 0 C) dưới áp lực khí hydrogen mạnh, có một tỉ lệ lớn chất xúc tác hiện diện (Pt, Ni) Nhưng ta có thể nói khó mà ngăn cản được phản ứng hủy và phản ứng đồng hoàn xảy ra cùng một lượt và chỉ là ở các điều kiện hoàn toàn đặc biệt ta mới có thể có được cao su hydrogen hóa vẫn còn có phân tử khối lớn, từ 80.000 đến 90.000 chẳng hạn Trong trường hợp này, ta có chất thể đặc, vẫn còn giống cao su và có tính đàn hồi; do cấu trúc paraffinic của nó, chúng chịu được oxy hóa và không thể lưu hóa được nữa.

Hình 1.3 Cao su hydrogen hóa (C 5 H 10 ) n

Trong thí nghiệm hydrogen hóa cao su, do thường có sự phân hủy phân tử rất mạnh, nên chất sinh ra thường là chất khối nhầy hoặc giống như dầu.

Các halogen (fluorine, chlorine, bromine và iodine) đều có thể phản ứng với cao su, nhưng sự kết hợp của chúng tuần tự có một khác biệt rõ rệt Tác dụng của chlorine vào cao su đã được nghiên cứu rất nhiều Theo nguyên tắc, mỗi phân tử Cl 2 phải gắn vào mỗi nối đôi cho ra cao su có 51% chlorine: (C 5 H 8 Cl 2 ) n

Khi cao su chịu một xử lý nào đó, ta nhận thấy độ nhớt dung dịch của nó giảm xuống rất lớn; tức muốn nói có sự phân cắt phân tử dài thành những đoạn ngắn hơn Do đó người ta gọi có “sự khử polymer hóa” (depolymerisation); thực ra, các phân tử đều là trung tâm của sự oxy hóa

và đôi khi của sự đồng phân hóa Vậy ta có thể gọi là “sự phân hủy”.

Nhiệt phân cao su đã được nhiều nhà khảo cứu thực hiện vào thời kỳ mà con người chuyên tâm xác định cơ cấu của hydrocarbon này Tuy nhiên, tỉ lệ isoprene ở sản phẩm chưng cất lại là thấp: chẳng hạn 5% theo Bouchardat, 3% theo Harries hay Staudinger Gần đây, người ta đã tìm được cách tăng năng suất isoprene lên; đạt được trị số từ 50% đến 60% bằng cách cho cao su bị nhiệt phân dưới dạng phần tử nhỏ ở nhiệt độ 700 0 C đến

800 0 C, vừa tiếp xúc với một khối kim loại có bề mặt rộng lớn, được tạo bởi mạt đồng hay nickel chẳng hạn, và vừa rút lấy sản phẩm tạo ra được nhờ một luồng khí trơ Ta cũng thực hiện nhiệt phân cao su bằng cách cho phản ứng với chloride nhôm Nhiệt phân xảy

ra ở nhiệt độ thấp không có isoprene tạo ra Ta có được các hydrocarbon nhẹ đã bão hòa,

có tính chất như xăng và dầu nặng, chủ yếu đã bão hòa Các sản phẩm này đều giàu hydrocarbon vòng, nhất là dẫn xuất cyclohexan.

1.1.4 Sự lưu hóa của cao su

1.1.4.1 Lưu hóa cao su [2]

Lưu hóa là quá trình phản ứng hóa học mà qua đó cao su chuyển từ trạng thái mạch thẳng sang trạng thái không gian ba chiều Đó là sự biến đổi của cao su,

có xu hướng duy trì tính đàn hồi vừa làm giảm tính dẻo của nó Ngay từ buổi đầu tiên, người ta dùng lưu huỳnh để khâu mạch cao su nên gọi là lưu hóa Ngoài lưu quỳnh còn có thể dùng một số chất khác để lưu hóa cao su như selen, peroxit, nhựa lưu hóa Sự lưu hóa đã làm cho cao su bền hơn, dai hơn, duy trì tính đàn hồi và đưa cao su trở thành sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. 1.1.4.2 Hệ lưu hóa

Chất lưu hóa: Là chất khi thêm vào hệ phản ứng làm cho cao su duy trì tính đàn hồi vừa làm giảm đi tính dẻo của nó Một số chất lưu hóa thường dùng cho cao su: lưu huỳnh, selen, peroxit, nhựa lưu hóa Chất lưu hóa thêm vào cao su sống nhằm tạo mạng lưới không gian ba chiều giữa các phân tử cao su làm cho cao su nguyên liệu sau khi lưu hóa có tính chất tốt hơn hẳn như: cơ tính, kháng đứt, giản đứt kháng xé, độ bền uốn, bền môi trường và kín khí tăng lên rất nhiều.

Chất gia tốc (hay chất xúc tiến): Là chất hữu cơ có tác dụng tăng tốc độ lưu hóa cao su Được sử dụng với một lượng nhỏ, có khả năng làm giảm thời gian hay hạ nhiệt độ gia nhiệt giảm tỷ lệ sử dụng chất lưu hóa và cải thiện chất lượng sản phẩm Một số chất xúc tiến thường dùng cho cao su: Diphenylguanidne (DPG), disulfur benzothiazyl (MBTS), monosulfur tetramethylthiuram (TMTM).

Chất trợ xúc tiến: Là chất phụ trợ gia tốc lưu hóa cao su, tăng cường hoạt tính chất gia tốc hay bổ chỉnh tác dụng nghịch của một số hóa chất khác trong cấu tạo hỗn hợp cao su (bao gồm latex) Một số chất trợ xúc tiến thường dùng: Kẽm oxit (ZnO), Acid Stearic,…

1.1.5 Ứng dụng của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên được ứng dụng sản xuất các lốp và ruột xe khí nén, dây đai truyền năng lượng, dây đai băng tải, gaskets, phớt, ống, lớp lót bể chứa hóa chất (dung dịch muối vô cơ, kiềm và các acid không oxy hóa), đệm giảm xóc hấp thu âm thanh và rung động và đệm làm kín chống không khí, ẩm, âm thanh và chất bẩn.

Cao su chưa lưu hoá được sử dụng như một chất độn trong sản xuất xi măng Sản xuất các loại băng dính, chất cách điện, tăng ma sát; và đối với cao su crepe được sử dụng trong chăn cách điện và giày dép.

Cao su lưu hóa có nhiều ứng dụng, khả năng chống mài mòn làm cho các loại cao su mềm hơn có giá trị cho lốp xe và băng tải, đồng thời làm cho cao su cứng có giá trị cho vỏ máy bơm và đường ống được sử dụng trong việc xử lý mài mòn Tính linh hoạt của cao

su được sử dụng trong ống mềm, lốp xe và trục lăn cho các thiết bị từ máy vắt quần áo trong nước đến máy in Độ đàn hồi của nó làm cho nó phù hợp với các loại giảm xóc khác nhau và các giá đỡ máy móc chuyên dụng được thiết kế để giảm rung động Tính không thấm khí tương đối của nó làm cho nó hữu ích trong sản xuất các sản phẩm như ống dẫn khí, bóng bay, bóng và đệm Tính kháng của cao su với nước và tác dụng của hầu hết các chất hóa học đã dẫn đến việc nó được sử dụng trong quần áo mưa, đồ lặn, ống đựng hóa chất và dược phẩm, và làm lớp lót cho các bồn chứa, thiết bị chế biến và toa xe bồn Do khả năng chống điện của chúng, hàng hóa cao su mềm được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt và làm găng tay, giày và chăn bảo hộ; cao su cứng được sử dụng cho

các sản phẩm như vỏ điện thoại, các bộ phận của bộ radio, đồng hồ đo

và các dụng cụ điện khác.

Hệ số ma sát của cao su, cao trên bề mặt khô và thấp trên bề mặt ướt, dẫn đến việc sử dụng nó cho dây đai truyền lực và cho các ổ trục bôi trơn bằng nước trong máy bơm giếng sâu.

Cao su tự nhiên mang lại độ đàn hồi tốt, trong khi vật liệu tổng hợp có xu hướng chống chịu tốt hơn với các yếu tố môi trường như dầu, nhiệt độ, hóa chất và tia cực tím.

cà phê vối (Cofea canephora) được canh tác và đóng góp vào sản lượng chính cho ngành công nghiệp cà phê với lần lượt xấp xỉ 70% và 30% sản lượng cà phê trên toàn thế giới và rất ít cà phê loài khác được sản xuất và tiêu thụ Trong đó, đặc biệt ở các nước đang phát triển trong khu vực nhiệt đới, đây được coi là loại cây tròng quan trọng nhất đem lại nguồn thu lớn cho các quốc gia này.

Hình 1.7 Cấu tạo quả cà phê Việc sản xuất và tiêu dùng cà phê trên thế giới đang ngày càng tăng, với khoảng 50% sản lượng cà phê nhân được sử dụng để chế biến thành cà phê hòa tan thì sẽ có hơn 4,4 triệu tấn bã cà phê thải ra từ ngành công nghiệp này.

Phần lớn lượng bã thải từ công nghiệp sản xuất cà phê hòa tan được thu thập để làm phân bón, làm vườn, năng lượng sinh học hoặc giá thể trồng nấm Ngoài ra, nó có thể ứng dụng để tạo thêm nhiều sản phẩm giá trị gia tăng như sản xuất nhiên liệu sinh học, thu hồi đường, sản xuất than hoạt tính, phân bón hoặc làm chất hấp thụ ion kim loại.

1.2.2 Các thành phần có trong bã cà phê

Bã cà phê là nguồn chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ như: acid béo, lignin, cellulose, hemicellulose và nhiều polysaccharide khác.

Hình 1.8 Thành phần bã cà phê 1.2.2.1 Carbonhydrates

Bã cà phê là nguồn giàu đường với 45.3% w/w, trong đó hemicellulose (mannose, galactose, và arabinose) chiếm 36.7% và cellulose chiếm 8.6% Mannose là polysaccharide chính với 46.8%, tiếp đến là galactose 30.4%, glucose 19% và 3.8% arabinose [3] Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu năm 2012 của cùng tác giả lại có sự thay đổi lớn với hàm lượng đường giảm khoảng 2.2 lần, trong đó đường mannose còn 21.2%, galactose 13.8%, glucose 8.6% và arabinose 1.7% Sự khác biệt trên cho thấy nguồn gốc của nguyên liệu và nhiệt độ rang hạt có ảnh hưởng lớn đến thành phần carbohydrates trong bã cà phê Khi pha cà phê một phần polysaccharide như galactomannans và

arabinogalactans sẽ được trích ly theo dịch cà phê Tuy nhiên, phần lớn polysaccharide vẫn còn lại trong bã cà phê.

Galactomannan có những đặc tính hóa lý đặc trưng và thường được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành như: chất tạo đông cho thực phẩm, chất tạo nhũ trong chế biến nước uống, chất kết dính ứng dụng trong ngành dệt, dược phẩm, y sinh

và mỹ phẩm Trong công nghiệp thực phẩm, chúng thường được sử dụng trong các sản phẩm sữa, chất tạo gel trong nước ép trái cây, bánh mỳ, sản phẩm ăn kiêng, sữa bột trẻ em, gia vị, nước súp và sốt, thịt hộp và các sản phẩm thịt đông lạnh Vì vậy, bã cà phê có thể được sử dụng như nguồn nguyên liệu tiềm năng để thu hồi carbohydrates nói chung và galactomannans nói riêng.

Bã cà phê bao gồm chủ yếu chất xơ trung tính (45.3%) như hemicellulose, cellulose, các hợp chất lignin, và chất xơ acid (29.8%), bao gồm cellulose

và lignin [4] Thêm vào đó thành phần xơ từ bã cà phê cũng thể hiện đặc tính chống oxi hóa [5] Do vậy, chất xơ từ bã cà phê có thể được sử dụng như một nguồn xơ thực phẩm chống oxi hóa tiềm năng trong tương lai 1.2.2.2 Protein

Bã cà phê chứa một lượng lớn protein 13.6% w/w [6] Hàm lượng protein trong bã cà phê cao hơn trong nước pha cà phê vì phần lớn chúng không được trích ly trong khi pha Hàm lượng protein trong bã cà phê có thể cao hơn do sự hiện diện của một số hợp chất chứa nitơ khác như caffeine, trigonelline và các acid amin Lượng amino acid thiết yếu chiếm gần 50% tổng số amino acid trong bã cà phê với một số amino acid chính như leucine, valine, phenylalanine, và isoleucine Protein trong bã cà phê cũng là nguồn của arginine, glutamine và histidine, là 3 amino acid được biết có hiệu quả đối với hệ miễn dịch của cơ thể Hàm lượng cysteine và methionine cao trong bã

có thể tăng cường khả năng chống oxi hóa của cơ thể, vì vậy bã cà phê có thể được

sử dụng để bổ sung trong các công thức chế biến thực phẩm để tạo ra các sản phẩm thực phẩm chức năng, tăng cường sức khỏe.

1.2.2.3 Những hợp chất chứa nitơ phi protein

Thành phần phi protein chứa nitơ có trong bã cà phê có thể hữu ích trong sản xuất nông nghiệp như: làm chất nền, phân bón, hỗ trợ cho hoạt động của hệ vi sinh vật Bã cà phê sau khi tách dầu có tỉ lệ carbon / nitrogen là 19.8: 1 (w/w) [7], tương đương với những điều kiện cần cho đất- tỉ lệ carbon / nitrogen (20:1) Tuy nhiên, việc sử dụng bã cà phê làm phân bón vẫn còn hạn chế.

Hình 1.9 Cấu trúc phân tử Caffeine

Caffeine (1,3,7 - trimethyl - xanthine), là một purine alkaloid, được biết đến là loại alkaloid phổ biến nhất trong cà phê và sản phẩm từ cà phê Thành phần này được loại bỏ khỏi hạt cà phê trong quá trình chế biến loại cà phê decaffeine ở quy mô công nghiệp Mặc dù hàm lượng caffeine trong bã cà phê không cao bằng trong hạt cà phê, tuy nhiên một số lượng lớn caffeine vẫn còn lại trong bã Theo các nghiên cứu khác nhau thì hàm lượng caffeine trong bã cà phê có biến động lớn với khoảng 0.007 – 0.5% phụ thuộc vào quá trình chiết xuất và nguồn nguyên liệu

bã Hàm lượng caffeine trong hạt cà phê chè từ 0.9 đến 1.6%, cà phê vối (1.4 – 2.9%), hỗn hợp gồm 60 cà phê chè/40 cà phê vối (1.7%).

Các nghiên cứu đã cho thấy rằng caffeine có vai trò quan trọng trong việc làm giảm/ cân bằng sức căng bề mặt trong các sản phẩm chứa dầu, ứng dụng để sản xuất các sản phẩm dược phẩm và mỹ phẩm có tác dụng làm mềm và mịn da, ngoài ra caffeine là một chất kích thích thần kinh thường ứng dụng trong sản xuất thuốc cảm không gây buồn ngủ, các thuốc thần.

- Hợp chất màu nâu trong cà phê

Chỉ số nâu chiết xuất từ bã cà phê chè 0.165 và cà phê vối 0.145 [8] Nước pha bã cà phê

có chỉ số nâu thấp hơn nước pha cà phê Những hợp chất màu nâu nitơ trong cà phê là sản phẩm của phản ứng Mailard giữa đường và các amino tự do để hình thành phức hợp nhiều sản phẩm bao gồm melanoidins [9] Melanoidins là sản phẩm có khối lượng phân tử cao chứa nitơ và là sản phẩm cuối cùng của phản ứng Maillard Những sản phẩm phản ứng Maillard này được ứng dụng trong các loại thực phẩm chức năng hoặc làm chất bảo quản vì chúng có khả năng chống oxi hóa và ngăn chặn sự oxi hóa lipid [10].

1.2.2.4 Lipid

Hàm lượng lipid trong bã cà phê dao động từ 9.3 – 16.2% [11], có thể lên từ 27.8% Khi pha cà phê phần lớn lipid vẫn còn giữ lại trong bã (90.2%) ở nhiều phương pháp pha chế khác nhau với thành phần tương tự nhau với: 84.4% triacylglycerols, 12.3% diterpene alcohol esters, 1.9% sterols, 1.3% các hợp chất phân cực, và 0.1% sterol esters Dầu từ bã cà phê có thể được phân chia thành 2 nhóm dựa vào tỉ lệ và thành phần acid béo; nhóm thứ nhất là dầu có hàm lượng acid palmitic thấp (< 40%)

19.9-và hàm lượng acid linoleic cao (> 40%) 19.9-và nhóm thứ 2 có thành phần acid palmitic cao (>40%) và acid linoleic thấp (<40%) Ngoài ra, tỉ lệ acid béo bão hòa / acid béo chưa bão hòa cũng là cơ sở để phân loại dầu Dầu từ bã có chứa nhiều thành phần không thích hợp để sử dụng, tuy nhiên lại có nhiều đặc tính tốt như bảo vệ da khỏi tia UV, chống ung thư, chống viêm và chống oxi hóa, Bên cạnh đó, dầu bã cà phê còn chứa hàm lượng acid palmitic cao là nguồn phù hợp để sản xuất acid palmitic cũng như nguồn acid palmitic cho công nghệ sản xuất xà phòng.

1.2.2.5 Chất khoáng

Phần lớn các chất khoáng dễ dàng được trích ly bằng nước nóng khi pha cà phê Hàm lượng các chất khoáng (K, Mg, P, Ca, Na, Fe, Mn, và Cu) trong bã cà phê espresso dao động từ 0.82-3.52%, trong đó kali là chất khoáng chính Cà phê cũng là nguồn chứa Mg đáng kể, Mg chiếm 11% trong bã cà phê.

1.2.2.6 Các hợp chất phenolic

Các hợp chất phenolic (phenol hoặc polyphenol) là nhân tố chính quyết định khả năng chống oxi hóa trong thực vật và sản phẩm từ thực vật Hiện nay, việc tạo ra sản phẩm có hoạt tính chống oxi hóa có nguồn gốc từ tự nhiên đang ngày càng tăng nhằm thay thế các chất chống oxi hóa tổng hợp với nhiều hạn chế Trong khi đó, bã phê là nguồn chứa các hợp chất phenolic với nhiều hoạt tính có lợi cho sức khỏe như: chống oxi hóa, kháng khuẩn, kháng virus, kháng viêm và khả năng phòng chống ung thư Hàm lượng polyphenol tổng số trong phụ phẩm cà phê chiếm (dao động) từ 1-1.5%, trong đó lớp vỏ lụa là phần phụ phẩm chứa hàm lượng polyphenol cao nhất (25%) tiếp theo là bã cà phê (19%) và lớp vỏ cà phê (17%) Chlorogenic acid là hợp chất phenolic chính được tìm thấy khi phân tích bằng phương pháp sắc ký [12] Acid caffeoylquinic cũng là polyphenol chính trong bã cà phê với hàm lượng từ 11.05 mg / g với bã cà phê chè pha bằng espresso đến 13.24 mg / g với bã cà phê chè pha bằng cách lọc Trong khi có khoảng từ 6.22 mg / g bã

cà phê vối pha bằng phương pháp lọc đến 7.49 mg / gam bã cà phê vối pha bằng phương pháp pha espresso [11] Việc thu hồi các hợp chất phenolic và đánh giá khả năng chống oxi hóa từ sản phẩm phụ của cà phê gần đây đã được nghiên cứu Các hợp chất phenolic trong vỏ thịt, vỏ lụa, vỏ trấu và bã cà phê đã được chiết xuất bằng cách sử dụng isopropanol [5] Các hợp chất phenolic có thể được chiết xuất từ bã cà phê bằng phương pháp đơn giản, hiệu quả, với dung môi ethanol rẻ và thân thiện với môi trường Hàm lượng acid chlorogenic và caffeine trong bã cà phê cao cho thấy tiềm năng của chúng trong việc sử dụng rộng rãi để làm nguồn chất chống oxi hóa từ tự nhiên.

1.2.3 Ứng dụng của bã cà phê

Theo các nghiên cứu, hợp chất được tìm thấy trong cà phê như caffeine và diterpene

có thể giúp tiêu diệt được côn trùng và sâu bọ gây hại Vì thế, tác dụng của bã cà phê hiệu quả trong việc ngăn chặn muỗi, ruồi, bọ cánh cứng và một số loài gây hại khác.

Bã cà phê cũng có thể ngăn chặn sâu bệnh, ốc sên vào vườn cây.

Bên cạnh đó, đối với việc đất bị cạn kiệt dưỡng chất do cây trồng hấp thì bã cà phê có thể cung cấp một số khoáng chất quan trọng cho sự phát triển của cây trồng là nitơ,

canxi, kali, sắt, phốt pho, magiê và crôm Thêm vào đó, tác dụng của bã

cà phê còn giúp giảm nồng độ kim loại nặng gây ô nhiễm đất.

Ngoài ra, trong ứng dụng về chăm sóc da, các hạt thô trong bã cà phê hoạt động như một chất tẩy tế bào chết để giúp loại bỏ bụi bẩn, làm sạch sâu cho da và tăng cường sức khỏe tổng thể cho da Bên cạnh đó, chúng còn giúp giảm thâm quầng và lão hóa ở mắt do hàm lượng chất chống oxy hóa và caffeine cao Cà phê cũng giúp kích thích lưu thông máu quanh mắt và chống lại các gốc tự do để mắt bớt thâm quầng và xuất hiện nếp nhăn.

- Acid stearic (C 18 H 36 O 2 ) được cung cấp bởi nhà cung cấp từ Malaysia.

- Lưu huỳnh (S) được cung cấp bởi Saemwoo Chemical Manufacturing Corp (Bataan, Philippine).

cung cấp bởi Công ty LANXESS Deutschland GmbH (Leverkusen, Germany).

cấp bởi Công ty LANXESS Deutschland GmbH (Leverkusen, Germany).

- Bã cà phê được thu thập từ những cửa hàng cà phê ở địa phương được xay mịn trước khi sử dụng trong cao su.

2.1.3.1 Máy cán hai trục PRES02041

Hình 2.1 là thiết bị cán trộn cao su là máy cán hai trục PRES02041 được sản xuất tại Nhật Bản.

Hình 2.1 Máy cán hai trục PRES02041 Thông số của máy cán hai trục PRES02041

- Tên máy: Máy cán cao su 2 trục

- Kích thước máy (Dài x rộng x cao): 2500 x 1100 x 1800 mm

2.1.3.2 Máy xay công suất lớn E900 SEKA

Hình 2.2 là thiết bị xay nhỏ hạt bã cà phê, giảm kích thước đường kính hạt bã cà phê. Máy tên E900, sản xuất tại Hong Kong.

Hình 2.2 Máy xay công suất lớn Thông số của máy xay E900

- Khối lượng 1 lần xay: 800g

2.1.3.3 Máy khuấy đũa IKA EURO STAR 40 digital

Hình 2.3 là thiết bị khuấy cơ được sử dụng là máy khuấy đũa IKA EURO STAR 40 digital, sản xuất tại Đức.

Hình 2.3 Máy khuấy đũa IKA EURO STAR 40 digital Thông số của máy khuấy đũa IKA EURO STAR 40 digital

- Dung tích khuấy tối đa: 25L

- Phạm vi tốc độ: 0/30 – 2000 vòng/phút

- Công suất tối đa của đũa khuấy: 84W