CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Lý do chọn đề tài: Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang rất được quan tâm, không chỉ trong nước mà đó còn là vấn đề chung của thế giới. Theo số liệu thống kê năm 2022, trung bình mỗi năm Việt Nam thải ra hơn 1,8 triệu tấn rác thải nhựa, đứng thứ 4 trong tổng số 20 quốc gia thuộc top đầu về vấn đề ô nhiễm môi trường. Một vài bài báo khác cũng chỉ ra việc rác thải nhựa chiếm gần 70% tổng lượng chất thải nhựa của đô thị Tehran [1] và chiếm khoảng 60% lượng nhựa thải của Hoa Kỳ [2].
Đó là một con số đáng báo động và cần có biện pháp để xử lí. Chính vì thế, nhiều công ty trong và ngoài nước đang lập ra các phương án tái chế nhằm giải quyết vấn nạn trên, giúp tiết kiệm năng lượng, tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn, giảm bãi chôn lấp để giúp giảm hiệu ứng nhà kính [3]. Cụ thể hơn là vấn đề giải quyết rác thải bao bì, màng nhựa phức hợp. Bao bì, màng phức hợp PE - PET là một trong những sản phẩm có lượng tiêu thụ cao với các ưu điểm như mỏng, nhẹ, có độ trong suốt cao, không độc hại, chống va đập, chống nước rất tốt, … nhưng cũng chính vì thế mà lượng tiêu thụ bao bì ngày càng nhiều, hiện trạng xả rác ở nhiều nơi, dẫn đến môi trường ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng do thời gian phân hủy của rác thải loại này là rất lâu, lên đến hàng trăm năm.
Chính vì thế, cần có phương án để tái chế cũng như tái sử dụng loại rác thải nhựa này. Theo một số nghiên cứu, màng phức hợp từ hỗn hợp PE - PET ban đầu thường có tỉ lệ thành phần là 1:3 (xét theo tỉ trọng). Trong sản xuất bao bì, màng phức hợp được tạo ra từ tỷ lệ này thường cho cơ tính và độ trong không như mong muốn. Chính vì thế, nghiên cứu này sẽ giúp xác định được một tỷ lệ trộn phù hợp để tạo ra hạt nhựa ứng dụng cho việc thổi màng phức hợp, đảm bảo cơ tính tốt hơn và hiệu quả sử dụng cao hơn.1: Thu gom rác thải nhựa Hình 1.2: Sản xuất bao bì nhựa 1.
Tính cấp thiết của đề tài: Bước vào kỷ nguyên của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc phát triển các ngành công nghiệp là vấn đề được quan tâm hàng đầu tại nước ta. Bên cạnh đó cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 còn mang đến nhiều hệ lụy về môi trường nên vấn đề tái chế rác thải nhựa hiện nay là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Pha trộn các polyme khác nhau là một chủ đề 1 quan trọng trong xử lý vật liệu và được coi là một chiến lược mới để sản xuất vật liệu tổng hợp có triển vọng quan trọng từ quan điểm kinh tế và môi trường. Tuy nhiên, thí nghiệm này phải đối mặt với một số thách thức, đáng chú ý nhất là các điểm nóng chảy khác nhau và tính không tương thích của các loại polyme khác nhau.Ý thức được vấn đề đó nhóm đã tìm hiểu và nhận thấy tính ứng dụng của vật liệu tổng hợp được gia cố bằng vi sợi, trong thực tế chai nhựa dư thừa có thành phần là PET và khay hộp đựng thức ăn là LDPE.
Vì vậy, việc kết hợp PET và LDPE thường được ít quan tâm vì tiềm năng ứng dụng còn hạn chế. Chính vì lẽ đó, chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu này nhằm mục tiêu tìm ra phương pháp cải thiện nhược điểm, giúp nó được ứng dụng nhiều hơn trong đời sống, bên cạnh đó cũng giúp hạn chế rác thải nhựa thải ra bên ngoài, góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của Polythylene Terephthalate đến cơ tính của hỗn hợp Polythylene Terephthalate và Low - Density Polyethylene” tập trung nghiên cứu đến cấu trúc và cơ tính của hỗn hợp nhựa LDPE/PET với các tỷ lệ phần trăm khác nhau. - Ý nghĩa khoa học: Với mục đích cải thiện cơ tính về độ bền kéo, độ bền uốn và độ dai va đập của hỗn hợp nên PET được thêm vào với các tỷ lệ phần trăm khối lượng khác nhau.
Việc trộn PET vào LDPE có thể giúp tạo ra vật liệu mới và có cơ tính được cải thiện và được ứng dụng rộng rãi. - Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu giải quyết vấn đề tăng cơ tính cho vật liệu tái chế từ PET và LDPE, mang lại ý nghĩa to lớn không chỉ đối với con người mà còn với thiên nhiên, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường khi vấn đề này ngày càng nghiêm trọng. Bên cạnh đó còn làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên, nhà nghiên cứu vật liệu. Thông qua quá trình thực hiện đồ án học hỏi, tiếp thu được nhiều kiến thức về vật liệu.
Mục tiêu đề tài: Trộn PET với LDPE với các mục tiêu như sau: - Tạo ra hỗn hợp polyme mới có độ bền uốn cao hơn hỗn hợp nhựa ban đầu. - Tìm ra tỷ lệ hỗn hợp LDPE/PET đảm bảo về cơ tính cao để giúp cho các doanh nghiệp sản xuất các sản phẩm nhựa. Nhiệm vụ nghiên cứu: - Xác định các tỷ lệ của hỗn hợp LDPE/PET. - Nghiên cứu độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập và tổ chức tế vi của hỗn hợp LDPE/PET, phân tích và vẽ biểu đồ thể hiện sự thay đổi cơ tính.
- Tìm ra tỉ lệ hỗn hợp LDPE/PET phù hợp cho mục đích của đề tài nghiên cứu. - Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thể hiện mối liên hệ giữa tỷ lệ PBT và PP trong thành phần hỗn hợp với từng chỉ tiêu cơ tính. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng: Hỗn hợp LDPE/PET chỉ tiêu cơ tính (độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập), tổ chức tế vi. - Phạm vi: Khảo sát tỷ lệ hỗn hợp LDPE/PET (tỷ lệ PET dưới 20%) 1.
Phương pháp nghiên cứu: - Chế tạo các mẫu với tỉ lệ LDPE/PET (100/0, 95/5, 90/10, 85/5, 80/20 ). - Nghiên cứu độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, tổ chức tế vi. - Quy hoạch thực nghiệm tìm ra mối quan hệ giữa tỷ LDPE và PET. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Vật liệu LDPE: Vật liệu từ nhựa không còn xa lạ trong cuộc sống hiện đại, đa số là vật liệu quan trọng trong đời sống hằng ngày cũng như trong sản xuất. Tuy nhiên, hiện nay con người vẫn chưa khai thác hoàn toàn khả năng ứng dụng của vật liệu nhựa, từ đó mà các nghiên cứu về loại vật liệu này vẫn đang diễn ra một cách sôi nổi với mong muốn thay thế các vật liệu truyền thống như kim loại, gỗ. Từ các đặc tính tuyệt vời của nhựa mà nó được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau: điện tử, cơ khí, ô tô, điện lạnh, … Một số ứng dụng thực tế dùng LDPE được áp dụng trong sản xuất là các khay chứa, chai lọ, ống, các bộ phận bằng nhựa của máy tính và các thiết bị trong phòng thí nghiệm đúc. Phổ biến nhất là sản xuất túi nhựa, chai lọ.1: Ảnh túi nhựa làm từ LDPE Polyetylen mật độ thấp (LDPE) được làm từ Etylen monome.
Đó là loại polyetylen đầu tiên, được sản xuất vào năm 1933 bởi Imperial Chemical Industries (ICI) bằng quy trình áp suất cao thông qua phản ứng trùng hợp gốc tự do. Mã nhận dạng nhựa là số 4 [4]. Mặc dù được chỉ định với biểu tượng tái chế, nhưng LDPE không thể được tái chế phổ biến như nhựa số 1 (Polyethylene Terephthalate) hoặc số 2 (Polyethylene mật độ cao). LDPE được xác định bởi dải mật độ 917 – 930 kg/m3.
Ở nhiệt độ phòng, LDPE không phản ứng, ngoại trừ các chất oxy hóa mạnh. LDPE có thể chịu được nhiệt độ 65°C (149°F) liên tục và 90°C (194°F) trong thời gian ngắn. Được làm bằng các biến thể trong mờ và mờ đục nên LDPE khá dẻo và dai [5]. LDPE có nhiều nhánh hơn (trên khoảng 2% nguyên tử carbon) so với HDPE, do đó lực liên phân tử của nó (lực hút lưỡng cực cảm ứng tức thời) yếu hơn, độ bền kéo thấp hơn và khả năng phục hồi cao hơn [6].
Các nhánh bên có nghĩa là các phân tử của nó được đóng gói ít chặt chẽ hơn và ít kết tinh hơn, do đó mật độ của LDPE là thấp hơn so với HDPE. Trộn hợp LDPE với các polymer: Trong thực tế hiện nay, để tiết kiệm được kinh tế và tìm được nhiều vật liệu có thể ứng dụng được nhiều thứ hơn trong thực tế, với mong muốn đó mọi người muốn tạo ra được những vật liệu mới có cơ tính, độ bền tốt hơn thì người ta đã pha trộn polyme từ các polymer hiện có để tạo ra vật liệu mới. Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện nhằm cải thiện cơ tính cho nhựa LDPE bằng cách trộn LDPE với các polymer khác hoặc các chất độn khác như Polyethylene (PP), Polyamide (PA6), Poly 3-Hydroxi-Butyrate (PHB), Polyvinylchloride (PVC), … Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh sự pha trộn polymer giúp cải thiện các đặc tính của LDPE. Sankar Das và cộng sự [7] đã nghiên cứu nhằm cải thiện cơ tính của hỗn hợp LDPE/PP.
Kết quả là, sự mở rộng của LDPE thành PP đã giảm, với độ dày, độ đàn hồi, hiệu quả uốn, mô đun linh hoạt và độ cứng được cải thiện. Với tỷ lệ (25LDPE/75PP), độ đàn hồi phổ biến đã đạt được trong khi tỷ lệ (50LDPE/50PP) được quy cho hiệu quả uốn cong lý tưởng. Bên cạnh đó, Marisa Cristina và cộng sự [8] đã chứng minh rằng mặc dù việc bổ sung PHB vào LDPE gây ra sự suy giảm một số tính chất cơ học, nhưng có thể thu được hỗn hợp với các giá trị độ bền kéo trong khoảng từ 8. Vì một số loại LDPE thương mại có độ bền cơ học trong phạm vi này, suy ra rằng việc bổ sung một lượng PHB nhất định vào LDPE có thể được coi là khả năng để thu được các vật liệu dựa trên LDPE có tính nhạy cảm với sự phân hủy sinh học tăng lên.
Kết quả của nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng bánh dầu thầu dầu, chất độn ưa nước, có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy của hỗn hợp LDPE/PHB. Román và cộng sự [9] đã nghiên cứu các đặc tính cơ nhiệt và phân hủy nhiệt của các hỗn hợp polyme khác nhau. Kết quả ghiên cứu là PVC pha trộn với LDPE chịu được nhiệt độ xử lý 180°C. Nếu nhiệt độ hỗn hợp PVC/PE được nâng lên cao hơn nhiệt độ nóng chảy của PE, đồng thời hàm lượng PE trong hỗn hợp cao thì quá trình phân hủy PVC càng đáng kể.