Nghiên Cứu Chế Tạo Biocomposites Dựa Trên Poly(Lactic) Acid Và Microcellulose Chiết Xuất Từ Lõi Ngô - Ứng Dụng Làm Vật Liệu In 3D

• Tác giả: Huỳnh Ngọc Lam Trường
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Chí Thanh
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Biocomposites Từ Poly(Lactic) Acid Và Microcellulose Chiết Xuất Từ Lõi Ngô
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
• NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về nguyên liệu
• 1.1.1. Sơ lược về nguyên liệu (lõi ngô)
• 1.1.2. Thành phần chính
• 1.1.3. Tổng quan về nanocellulose (NC)
• 1.1.3.1. Giới thiệu chung về NC
• 1.1.3.2. Nguồn nguyên liệu sản xuất CN
• 1.1.3.3. Đặc điểm của nanocellulose
• 1.1.3.4. Phương pháp sản xuất CN
• 1.1.4. Định hướng ứng dụng của CNF theo hướng in 3D
• 1.2. Kỹ thuật in 3D FDM dành cho vật liệu có nguồn gốc sinh khối
• 1.3. Vật liệu composites CNF/PLA sử dụng cho lĩnh vực in 3D
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị
• 2.1.1. Nguyên liệu, hoá chất, bảng ghi chú
• 2.1.2. Thiết bị và dụng cụ sử dụng
• 2.2. Quy trình thực hiện đề tài
• 2.2.1. Các bước tiến hành
• 2.2.2. Sơ đồ quy trình tổng thể của đề tài
• 2.2.3. Sơ đồ chi tiết quy trình chiết xuất microcellulose từ lõi ngô và hệ thống chưng cất hoàn lưu
• 2.3. Khảo sát các điều kiện
• 2.3.1. Khảo sát thời gian phản ứng
• 2.3.2. Khảo sát nhiệt độ phản ứng
• 2.3.3. Khảo sát nồng độ acid
• 2.3.4. Khảo sát tỷ lệ giữa nguyên liệu thô và acid
• 2.3.5. Hoàn thành mẫu microcellulose trước phân tích
• 2.3.6. Tạo filament với biocomposite
• 2.4. Phương pháp phân tích
• 2.4.1. Nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.4.2. Phân tích nhiệt lượng (TGA)
• 2.4.3. Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FT-IR)
• 2.4.4. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.5. Xác định cơ tính của filament PLA/CMF
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xử lý nguyên liệu thô thành bột lõi ngô
• 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của microcellulose thành phẩm
• 3.2.1. Khảo sát thời gian phản ứng
• 3.2.2. Khảo sát nồng độ acid
• 3.2.3. Khảo sát nhiệt độ phản ứng
• 3.2.4. Khảo sát tỉ lệ giữa khối lượng mẫu và thể tích acid
• 3.3. Khảo sát các đặc tính hóa lý khác của microcelluloses
• 3.3.1. Đánh giá qua phổ FTIR
• 3.3.2. Đánh giá qua giản đồ TGA và DTG
• 3.3.3. Đánh giá qua hình ảnh SEM
• 3.4. Kết quả phối trộn tạo composites-filament PLA/CMF
• 3.5. Đặc tính cơ lý của sợi filament
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu chế tạo biocomposites từ PLA và microcellulose

Nghiên cứu chế tạo biocomposites từ poly(lactic) acid (PLA) và microcellulose chiết xuất từ lõi ngô đang thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực vật liệu sinh học. Lõi ngô, một loại phụ phẩm nông nghiệp, chứa hàm lượng cellulose cao, có thể được sử dụng để sản xuất microcellulose. Việc kết hợp PLA với microcellulose không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ học của vật liệu mà còn góp phần vào việc phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường.

1.1. Ứng dụng của biocomposites trong ngành công nghiệp

Biocomposites từ PLA và microcellulose có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất vật liệu in 3D. Chúng có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có tính bền vững cao, giảm thiểu tác động đến môi trường.

1.2. Tính chất của poly lactic acid và microcellulose

PLA là một loại polymer sinh học có khả năng phân hủy sinh học, trong khi microcellulose mang lại độ bền và tính ổn định cho sản phẩm. Sự kết hợp giữa hai loại vật liệu này tạo ra một sản phẩm có tính chất vượt trội.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu chế tạo biocomposites

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc chế tạo biocomposites từ PLA và microcellulose cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như độ tương thích giữa hai loại vật liệu, quy trình chiết xuất microcellulose và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Độ tương thích giữa PLA và microcellulose

Độ tương thích giữa PLA và microcellulose là một yếu tố quan trọng quyết định đến tính chất cơ học của biocomposites. Cần có các phương pháp xử lý bề mặt để cải thiện độ tương thích này.

2.2. Quy trình chiết xuất microcellulose từ lõi ngô

Quy trình chiết xuất microcellulose từ lõi ngô cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian và nồng độ acid ảnh hưởng lớn đến chất lượng microcellulose.

III. Phương pháp chiết xuất microcellulose từ lõi ngô

Chiết xuất microcellulose từ lõi ngô là một quy trình quan trọng trong nghiên cứu này. Phương pháp hóa học được sử dụng để tách cellulose từ lignin và hemicellulose, tạo ra microcellulose có độ tinh khiết cao. Các điều kiện chiết xuất như nhiệt độ, thời gian và nồng độ acid cần được khảo sát để tối ưu hóa quy trình.

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất

Nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng độ acid là những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất chiết xuất microcellulose. Việc khảo sát các yếu tố này giúp tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình chiết xuất.

3.2. Phân tích tính chất của microcellulose

Sau khi chiết xuất, microcellulose cần được phân tích để đánh giá các tính chất như độ kết tinh, độ ẩm và độ bền cơ học. Các phương pháp như SEM, XRD và FTIR thường được sử dụng trong phân tích này.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc chế tạo biocomposites từ PLA và microcellulose mang lại nhiều lợi ích. Các sản phẩm này không chỉ có tính chất cơ học tốt mà còn thân thiện với môi trường. Việc ứng dụng chúng trong in 3D mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp vật liệu.

4.1. Đánh giá tính chất cơ học của biocomposites

Các thử nghiệm cho thấy biocomposites có độ bền kéo và độ cứng cao, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp. Tỉ lệ phối trộn giữa PLA và microcellulose cũng ảnh hưởng đến tính chất cơ học của sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong lĩnh vực in 3D

Biocomposites từ PLA và microcellulose có thể được sử dụng làm vật liệu in 3D, giúp tạo ra các sản phẩm bền vững và thân thiện với môi trường. Điều này góp phần vào việc giảm thiểu rác thải nhựa trong ngành công nghiệp.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo biocomposites từ PLA và microcellulose mở ra nhiều triển vọng cho ngành vật liệu sinh học. Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất và cải thiện tính chất của sản phẩm sẽ là những hướng đi quan trọng trong tương lai.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện độ tương thích giữa PLA và microcellulose, cũng như khảo sát các ứng dụng mới cho biocomposites trong các lĩnh vực khác nhau.

5.2. Tác động đến môi trường và xã hội

Việc phát triển biocomposites từ nguồn nguyên liệu tái chế như lõi ngô không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra các sản phẩm có giá trị, góp phần vào sự phát triển bền vững của xã hội.