CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Lý do chọn đề tài Với sự phát triển không ngừng của thế giới, bên cạnh đó là nền sản xuất giúp nâng cao chất lượng cuộc sống của mọi người. Và đi kèm với đó là sự ô nhiễm môi trường từ các nhà máy, các khu công nghiệp sản xuất. Vì vậy, việc xử lý chất thải từ các nhà máy, hay các khu công nghiệp khu dân cư là vấn đề thiết yếu đối với các nước có nền kinh tế đang phát triển như Việt Nam hiện nay.
Sự ô nhiễm không chỉ từ việc sản xuất trong nền công nghiệp mà còn đến từ rác thải sinh hoạt của người dân hàng ngày. Đặc biệt, việc đốt, xả chất thải, phế liệu ảnh hưởng xấu đến môi trường hiện nay. Chính vì thế, việc tái chế lại các phế liệu là vấn đề được quan tâm hiện nay. Việc sản xuất bàn chải đánh răng, phần lông bàn chải thừa sẽ được cắt bỏ.
Phần lông bàn chải thừa này có thành phần chính là sợi Polybutylene terephthalate (PBT) và Polyamide-6 (PA6). Bằng một số phương pháp đặc thù người ta đã phân loại được sợi PBT riêng và sợi PA riêng. Với giá thành cao nên sợi PA được ưu tiên tái chế hơn so với sợi PBT. Để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu, nhóm thực hiện đã chọn nhựa PA6 và PBT nguyên sinh để thay thế cho sợi PBT từ lông bàn chải đánh răng trong thí nghiệm này.1: Phần lông của bàn chải đánh răng Trong thời đại ngày nay, luôn luôn có sự thay đổi trong môi trường sống, bên cạnh đó là việc sản xuất nhựa từ ứng dụng trong công nghiệp, đến ứng dụng trong đời sống sinh hoạt hàng ngày.
Hàng ngày, có hàng nghìn tấn chất thải có thể được thải ra môi trường sống bên trong đó không ít là chất thải mang nhiều loại vật liệu nhựa. Để tiết kiệm chi phí có thể sản xuất, việc sử dụng lại hay tái chế những vật liệu nhựa đã sử dụng là vấn đề cấp bách có thể giúp giảm thiểu số lượng rác thải và còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy, xí nghiệp, … Vì vậy ở nghiên cứu này, ngoài việc tái chế 2 loại nhựa PBT và PA6, thì còn bổ sung vào hỗn hợp này là Polypropylene (PP) nhằm mục đích tăng cường cơ tính của hỗn hợp PP/PBT/PA6, 1 cũng như thay thế PP nguyên sinh nhằm mục đích giảm giá thành sản xuất, và mở ra nhiều ứng dụng hơn trong công nghiệp thực tiễn. Nhựa PBT là một loại nhựa kỹ thuật nhiệt dẻo với nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt, độ ổn định kích thước và kháng hóa chất, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong các ngành công nghiệp ô tô, điện tử, điện gia dụng và dệt may. Tuy nhiên, PBT cũng có nhược điểm như dễ bị suy giảm tính chất khi tiếp xúc với tia UV, dễ bị hydrolysis khi tiếp xúc với nước ở nhiệt độ cao, chi phí sản xuất cao và độ dai va đập thấp hơn so với một số loại nhựa khác.
Các ứng dụng phổ biến của PBT bao gồm sản xuất bộ nối điện, vỏ bọc động cơ, các chi tiết nhựa trong ngành ô tô, linh kiện điện tử và vải kỹ thuật trong ngành dệt may. Nhựa PA6 là một loại nhựa kỹ thuật phổ biến với nhiều ưu điểm, bao gồm độ bền cơ học cao, độ đàn hồi tốt, khả năng chịu mài mòn và kháng hóa chất tốt. Tuy nhiên, PA6 cũng có một số nhược điểm như độ hút ẩm cao, dẫn đến sự thay đổi kích thước và tính chất cơ học khi tiếp xúc với độ ẩm, và nhiệt độ chịu nhiệt thấp hơn một số loại nhựa khác. Các ứng dụng của PA6 rất đa dạng, bao gồm sản xuất các chi tiết kỹ thuật trong ngành ô tô như bánh răng, trục, các linh kiện điện tử, đồ gia dụng, và thậm chí là trong ngành dệt may để làm sợi tổng hợp cho vải và thảm.
Nhựa PP là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến với nhiều ưu điểm, bao gồm độ bền cơ học tốt, khả năng chống chịu hóa chất, độ bền nhiệt và khả năng tái chế cao. Ngoài ra, PP còn có tính năng cách điện tốt và trọng lượng nhẹ, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển. Tuy nhiên, nhựa PP cũng có nhược điểm như dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với tia UV, khả năng chịu va đập ở nhiệt độ thấp kém và độ bền kéo không cao bằng một số loại nhựa kỹ thuật khác. Ứng dụng của PP rất đa dạng, bao gồm như quần áo, dụng cụ và vật tư phẫu thuật, mô hình theo sở thích, nắp chai, hộp đựng thức ăn, ống hút, túi đựng đồ giòn, ấm đun nước, hộp cơm trưa và băng keo đóng gói.2: Màng nhựa PP, hộp nhựa PP 2 Sự kết hợp những ưu điểm của các vật liệu nhựa có các đặc tính có ưu điểm cao.
PA6 là độ dai va đập cao cùng với PBT có độ bền kéo cao, tuy nhiên chi phí sản xuất cao. Nhiều sự nghiên cứu đã chỉ ra những nhược điểm của hỗn hợp PBT/PA6, có nhiều cách để cải thiện hạn chế đó nhưng cách được sử dụng phổ biến và tiết kiệm chi phí nhất là phương pháp trộn hợp. Bên cạnh đó, cũng có một số bài báo nghiên cứu về hỗn hợp PBT/PA6 nhưng chưa khai thác đầy đủ các khía cạnh về mặt cơ tính. Ngoài ra việc sử dụng PA6 còn làm giảm trọng lượng của PBT, điều này cũng mang đến nhiều lợi ích tốt cho một số ứng dụng trong mảng thiết bị điện tử.
Với sự kết hợp của PP, PA6 và PBT đây có thể là vật liệu có hiệu suất cao mang đến nhiều tiềm năng và khả năng sử dụng mới trong tương lai. Tính cấp thiết của đề tài Với sự nóng lên toàn cầu như hiện nay, môi trường bị ô nhiễm nhiều hơn vì khí thải và các chất thải công nghiệp. Đời sống và sức khỏe của con người được quan tâm nhiều hơn, cần có những cải thiện để giúp cải thiện môi trường sống xung quanh. Chính vì lí do đó mà đề tài của chúng em là cần thiết để góp cải thiện môi trường.
Đối với các doanh nghiệp, xí nghiệp, việc tái chế phế thải nhựa giúp làm tiết kiệm chi phí xử lý rác thải. Đối với các ngành khoa học thì việc tìm ra một loại hỗn hợp polymer mới là tiền đề cho các nghiên cứu sau này. Hỗn hợp polymer PP/PBT/PA6 hứa hẹn là một loại vật liệu hiệu suất cao làm đa dạng khả năng ứng dụng của PP trong việc sản xuất sản phẩm mới với việc hạ giá thành sản phẩm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polybutylene Terephthalate/Polyamide 6/ Polypropylene từ phế thải bàn chải đánh răng bằng công nghệ ép phun” nghiên cứu này tập trung về cơ tính và cấu trúc vi mô của mẫu thử PBT/PA6, PP và các mẫu thử hỗn hợp PP/PBT/PA6.
Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu này là nguồn tư liệu tham khảo, tiền đề cho các nghiên cứu về sau không chỉ đối với tác giả trong nước mà còn đối với các tác giả quốc tế. Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của PP đến hỗn hợp PP/PBT/PA6 cũng mở ra thêm nhiều hướng mới nghiên cứu về chất thứ ba khi thêm vào để gia cố thêm cơ tính cho hỗn hợp. Ý nghĩa thực tiễn: Giải quyết vấn đề xử lý phế phẩm công nghiệp sau quá trình sản xuất, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giúp cải thiện môi trường sống và cắt giảm chi phí cho doanh nghiệp. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu giúp sinh viên tăng khả năng giải quyết vấn đề, khả năng tìm kiếm tài liệu, kỹ năng viết bài báo nghiên cứu khoa học,.
Mục tiêu của đề tài Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của PP đến cơ tính và tổ chức của hỗn hợp PP/PBT/PA6 nhằm mục đích: - Tạo ra loại composite mới có đặc điểm cơ tính nổi bật, cụ thể là độ bền kéo, uốn, độ dai va đập, … được cải thiện so với polymer ban đầu. 3 - Tìm ra tỷ lệ mang nhiều đặc tính tối ưu nhất để ứng dụng vào các sản phẩm thực tế trong đời sống. - Nghiên cứu về sự tương hợp của hỗn hợp PP/PBT/PA6. Nhiệm vụ của nghiên cứu Những nhiệm vụ của đề tài: - Trộn PA6 vào PBT theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu.
- Trộn PP vào hỗn hợp gồm có PBT và PA6 theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu. - Đo độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, độ cứng, và chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/PA6, PP và hỗn hợp PP/PBT/PA6. - Phân tích, đưa ra lý giải về lý do dẫn đến sự thay đổi ở kết quả thu được. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, độ cứng và tổ chức tế vi của mẫu PP, các mẫu của hai hỗn hợp PBT/PA6 và PP/PBT/PA6.
- Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các mẫu sau quá trình ép phun với nhiệt độ khuôn cố định, khảo sát cơ tính trên máy đo của các mẫu từ tỷ lệ 0% PP đến 100% PP đối với hỗn hợp PP/PBT/PA6. Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp được sử dụng trong đề tài: - Phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết. - Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết. - Phương pháp quan sát khoa học.
- Phương pháp thực nghiệm khoa học. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về PP Nhựa PP có những cơ tính tốt: - PP có độ bền cơ học cao, chịu được va đập và mài mòn tốt. Nó có tính đàn hồi và độ cứng vừa phải, không dễ bị biến dạng khi sử dụng [24].
- PP có khả năng chống hóa chất tốt, không bị ăn mòn bởi nhiều loại dung môi hữu cơ, axit và kiềm, … - PP có khả năng chịu nhiệt tương đối tốt, có thể chịu được nhiệt độ lên đến khoảng 100- 120 độ C. Ngoài ra, nó có tính cách điện tốt, giúp ngăn ngừa dẫn điện và xung điện [25]. PP với cơ tính tốt đã kết hợp với nhiều chất khác nhau giúp tăng cơ tính của chúng. Sankar Das và Arvind Kumar đã kết hợp PP với LDPE, 2 loại nhựa được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.
Qua quá trình kết hợp, sự giãn nở 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 [38]. Bên cạnh đó, theo nghiên cứu của Sihama E.