NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT TỪ POLYLACTIC, DẦU HẠT ĐEN VÀ SỢI GAI XANH AP1

• Tác giả: Đồng Thị Thu Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Minh Thành
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Khoa học Vật chất
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit từ polylactic, dầu hạt đen và sợi gai xanh AP1
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHỰA POLYLACTIC AXIT (PLA)
• 1.1. Cấu trúc Poly lactic acid (PLA)
• 1.2. Tính chất vật lý và hóa học của Polylactic acid (PLA)
• 1.3. Ưu và nhược điểm của PLA
• 1.4. Ứng dụng của PLA
• 1.5. Điều chế PLA
• 1.5.1. Phương pháp ngưng tụ trực tiếp
• 1.5.2. Phương pháp trùng hợp mở vòng lactide
• 3. TỔNG QUAN VỀ SỢI GAI XANH AP1
• 3.1. Giới thiệu chung về sợi sợi tự nhiên
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Vật Liệu Compozit PLA Tổng Quan Nghiên Cứu Ứng Dụng

Nhu cầu về vật liệu bền vững và thân thiện với môi trường thúc đẩy sự phát triển của vật liệu composite sinh học. Vật liệu composite PLA, với khả năng phân hủy sinh học, giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên hóa thạch và bảo vệ môi trường. PLA có độ bền kéo và độ cứng cao, nhưng tính giòn cao và khả năng chịu va đập kém. Để khắc phục, việc bổ sung chất hóa dẻo và sợi gia cường là cần thiết. Dầu thực vật epoxy hóa (5-15%) cải thiện độ mềm dẻo, tăng độ giãn dài khi đứt. Sợi thực vật (10-30%) tăng độ bền kéo, độ bền uốn và mô-đun đàn hồi. Xử lý bề mặt sợi bằng silane tăng độ bám dính. Nghiên cứu vật liệu compozit từ PLA, dầu hạt đen (nhóm epoxy tự nhiên) và sợi gai xanh AP1 (Việt Nam) là hướng đi phù hợp.

1.1. Tổng Quan Vật Liệu Compozit PLA Khái Niệm Ưu Điểm

Vật liệu composite PLA là sự kết hợp giữa PLA và các vật liệu gia cường khác để cải thiện tính chất. Ưu điểm chính là khả năng phân hủy sinh học, nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo và tính tương thích sinh học. PLA có độ bền kéo và mô đun đàn hồi tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, cần cải thiện độ bền nhiệt, khả năng chịu va đập và độ dẻo dai.

1.2. Ứng Dụng Thực Tiễn của Compozit PLA Tiềm Năng Phát Triển

Ứng dụng vật liệu composite PLA rất đa dạng, bao gồm bao bì, y sinh, nông nghiệp và công nghệ in 3D. Trong bao bì, PLA thay thế nhựa truyền thống. Trong y sinh, PLA dùng làm chỉ khâu tự tiêu. Trong nông nghiệp, PLA làm màng phủ đất phân hủy sinh học. Trong in 3D, PLA tạo mẫu nhanh và sản phẩm tiêu dùng.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Độ Bền Vật Liệu Compozit PLA

PLA có nhiều ưu điểm, nhưng độ bền nhiệt và khả năng chịu va đập thấp là thách thức lớn. Nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) thấp (50-60°C) và phân hủy ở 200°C hạn chế ứng dụng ở nhiệt độ cao. Độ giãn dài khi đứt và khả năng chịu va đập thấp hơn nhựa truyền thống, dễ bị gãy và giòn. PLA dễ bị thủy phân trong môi trường ẩm, làm giảm tuổi thọ sản phẩm. Chi phí sản xuất cao hơn nhựa tổng hợp từ dầu mỏ, hạn chế tính cạnh tranh. Cần nghiên cứu cải thiện các tính chất này để mở rộng ứng dụng.

2.1. Giải Pháp Tăng Cường Độ Bền Gia Cường Vật Liệu PLA

Để tăng cường độ bền, cần gia cường vật liệu PLA bằng cách kết hợp với các vật liệu gia cường khác. Sợi tự nhiên, sợi thủy tinh và hạt nano là các lựa chọn phổ biến. Sợi tự nhiên như sợi gai xanh AP1 có độ bền kéo cao và khả năng phân hủy sinh học. Sợi thủy tinh tăng độ cứng và độ bền nhiệt. Hạt nano cải thiện tính chất cơ lý và nhiệt.

2.2. Ảnh Hưởng của Chất Hóa Dẻo Cải Thiện Tính Chất PLA

Chất hóa dẻo giúp cải thiện tính chất PLA, đặc biệt là độ dẻo dai và khả năng chịu va đập. Dầu thực vật epoxy hóa, dầu hạt đen là các lựa chọn thân thiện môi trường. Chất hóa dẻo làm giảm nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg), tăng độ giãn dài khi đứt và giảm tính giòn. Cần lựa chọn chất hóa dẻo phù hợp để đạt hiệu quả tối ưu.

2.3. Khả Năng Phân Hủy Sinh Học Vật Liệu PLA Duy Trì Cải Thiện

Khả năng phân hủy sinh học vật liệu PLA là một ưu điểm quan trọng, nhưng cần duy trì và cải thiện. Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và vi sinh vật ảnh hưởng đến quá trình phân hủy. Cần nghiên cứu các phương pháp để tăng tốc độ phân hủy và đảm bảo phân hủy hoàn toàn trong điều kiện môi trường khác nhau.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vật Liệu Compozit PLA Quy Trình Đánh Giá

Nghiên cứu vật liệu composite PLA cần quy trình bài bản từ lựa chọn nguyên liệu, chế tạo mẫu đến đánh giá tính chất. Lựa chọn PLA, dầu hạt đen và sợi gai xanh AP1 phù hợp. Chế tạo mẫu bằng phương pháp ép nhiệt, đùn hoặc in 3D. Đánh giá tính chất cơ lý (độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập), tính chất nhiệt (DSC, TGA), cấu trúc (SEM, FTIR) và khả năng phân hủy sinh học. Phân tích kết quả và tối ưu hóa quy trình.

3.1. Phân Tích Cấu Trúc Vật Liệu Kính Hiển Vi Điện Tử Quét SEM

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) dùng để phân tích cấu trúc vật liệu. SEM cho phép quan sát hình thái bề mặt và cấu trúc bên trong vật liệu. Xác định sự phân bố của các pha, kích thước sợi và độ bám dính giữa sợi và nền PLA. SEM cung cấp thông tin quan trọng để hiểu rõ cấu trúc và tính chất vật liệu.

3.2. Phổ Hồng Ngoại Biến Đổi Fourier FTIR Xác Định Liên Kết Hóa Học

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) dùng để xác định liên kết hóa học trong vật liệu. FTIR cho phép xác định các nhóm chức và liên kết hóa học có trong PLA, dầu hạt đen và sợi gai xanh AP1. Xác định tương tác giữa các thành phần và sự hình thành liên kết hóa học. FTIR cung cấp thông tin về cấu trúc hóa học và tương tác giữa các thành phần.

3.3. Phân Tích Nhiệt Trọng Lượng TGA Nghiên Cứu Tính Chất Nhiệt

Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) dùng để nghiên cứu tính chất nhiệt của vật liệu. TGA cho phép xác định nhiệt độ phân hủy và thành phần của vật liệu. Đánh giá độ ổn định nhiệt và khả năng chịu nhiệt. TGA cung cấp thông tin về tính chất nhiệt và sự thay đổi khối lượng khi nhiệt độ tăng.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Dầu Hạt Đen Sợi Gai Xanh AP1

Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu hạt đen và sợi gai xanh AP1 đến tính chất vật liệu composite PLA. Hàm lượng sợi gai xanh AP1 ảnh hưởng đến độ bền kéo, độ bền uốn và mô-đun đàn hồi. Dầu hạt đen cải thiện độ dẻo dai và khả năng chịu va đập. Nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng dầu hạt đen và sợi gai xanh AP1 để đạt tính chất tối ưu. Phân tích kết quả thực nghiệm và xây dựng mô hình.

4.1. Tối Ưu Hóa Hàm Lượng Dầu Hạt Đen Cải Thiện Độ Dẻo Dai

Tối ưu hóa hàm lượng dầu hạt đen giúp cải thiện độ dẻo dai của vật liệu composite PLA. Dầu hạt đen làm giảm nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg), tăng độ giãn dài khi đứt và khả năng chịu va đập. Cần xác định hàm lượng dầu hạt đen tối ưu để đạt độ dẻo dai mong muốn mà không ảnh hưởng đến các tính chất khác.

4.2. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng của Sợi Gai Xanh AP1 Tăng Độ Bền Kéo

Nghiên cứu ảnh hưởng của sợi gai xanh AP1 cho thấy sợi gai xanh AP1 tăng độ bền kéo, độ bền uốn và mô-đun đàn hồi của vật liệu composite PLA. Cần xác định hàm lượng sợi gai xanh AP1 tối ưu để đạt độ bền kéo mong muốn. Xử lý bề mặt sợi giúp tăng độ bám dính giữa sợi và nền PLA.

4.3. Phân Tích Khả Năng Chịu Môi Trường Đánh Giá Tuổi Thọ Vật Liệu

Phân tích khả năng chịu môi trường giúp đánh giá tuổi thọ vật liệu. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng UV đến tính chất vật liệu. Xác định khả năng chống chịu và độ bền của vật liệu trong điều kiện môi trường khác nhau. Nghiên cứu này quan trọng để xác định ứng dụng phù hợp.

V. Ứng Dụng Vật Liệu Compozit Sản Xuất Bền Vững Tiết Kiệm

Ứng dụng vật liệu composite từ PLA, dầu hạt đen và sợi gai xanh AP1 trong sản xuất bền vững và tiết kiệm. Thay thế nhựa truyền thống trong bao bì, nông nghiệp và các ngành công nghiệp khác. Giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên hóa thạch và giảm thiểu tác động môi trường. Thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững.

5.1. Sản Xuất Bao Bì Sinh Học Thay Thế Nhựa Truyền Thống

Sản xuất bao bì sinh học bằng vật liệu composite PLA thay thế nhựa truyền thống. Bao bì sinh học phân hủy sinh học, giảm thiểu rác thải nhựa và bảo vệ môi trường. Ứng dụng trong bao bì thực phẩm, đồ uống và các sản phẩm tiêu dùng khác. Thúc đẩy sản xuất bền vững và kinh tế tuần hoàn.

5.2. Ứng Dụng Trong Nông Nghiệp Màng Phủ Đất Phân Hủy Sinh Học

Ứng dụng trong nông nghiệp là sản xuất màng phủ đất phân hủy sinh học. Màng phủ đất phân hủy sinh học giảm thiểu rác thải nhựa và cải thiện chất lượng đất. Ứng dụng trong trồng rau, cây ăn quả và các loại cây trồng khác. Thúc đẩy nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường.

5.3. Phát Triển Vật Liệu In 3D Tạo Mẫu Nhanh Tiết Kiệm

Phát triển vật liệu in 3D từ vật liệu composite PLA. Vật liệu composite PLA in 3D giúp tạo mẫu nhanh và tiết kiệm chi phí. Ứng dụng trong sản xuất đồ chơi, phụ kiện và các sản phẩm sáng tạo khác. Thúc đẩy sản xuất linh hoạt và cá nhân hóa.

VI. Tương Lai Nghiên Cứu Hướng Phát Triển Vật Liệu Compozit PLA

Nghiên cứu và phát triển vật liệu composite PLA tiếp tục được quan tâm và đầu tư. Hướng phát triển tập trung vào cải thiện tính chất cơ lý, khả năng chịu nhiệt và khả năng phân hủy sinh học. Nghiên cứu ứng dụng mới trong các ngành công nghiệp khác nhau. Thúc đẩy hợp tác giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp và chính phủ để phát triển vật liệu bền vững.

6.1. Cải Thiện Tính Chất Cơ Lý Nghiên Cứu Vật Liệu Nano

Cải thiện tính chất cơ lý bằng cách sử dụng vật liệu nano. Vật liệu nano tăng độ bền kéo, độ bền uốn và khả năng chịu va đập. Nghiên cứu kết hợp vật liệu nano với vật liệu composite PLA để tạo ra vật liệu có tính chất vượt trội.

6.2. Nâng Cao Khả Năng Chịu Nhiệt Nghiên Cứu Biến Tính PLA

Nâng cao khả năng chịu nhiệt bằng cách nghiên cứu PLA biến tính. Biến tính PLA giúp tăng nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) và nhiệt độ phân hủy. Nghiên cứu các phương pháp biến tính PLA để mở rộng ứng dụng trong các môi trường nhiệt độ cao.

6.3. Thúc Đẩy Khả Năng Phân Hủy Sinh Học Nghiên Cứu Enzyme

Thúc đẩy khả năng phân hủy sinh học bằng cách nghiên cứu enzyme. Enzyme giúp tăng tốc độ phân hủy PLA trong môi trường tự nhiên. Nghiên cứu ứng dụng enzyme trong sản xuất và xử lý vật liệu composite PLA.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu về vật liệu bền vững và thân thiện với môi trường ngày càng gia tăng, việc phát triển vật liệu compozit sinh học trở thành xu hướng tất yếu. Poly Lactic Acid (PLA) là một polymer sinh học phổ biến với khả năng phân hủy sinh học, độ bền kéo từ 50 đến 70 MPa và mô-đun đàn hồi từ 2 đến 4 GPa. Tuy nhiên, PLA có nhược điểm là tính giòn cao và khả năng chịu va đập kém, hạn chế ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Để khắc phục, việc bổ sung chất hóa dẻo từ dầu thực vật epoxy hóa và sợi gai xanh AP1 được nghiên cứu nhằm cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu compozit.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit từ polylactic, dầu hạt đen và sợi gai xanh AP1, với mục tiêu chế tạo thành công và đánh giá đặc trưng hình thái cấu trúc, tính chất cơ lý của vật liệu. Phạm vi nghiên cứu bao gồm chế tạo vật liệu compozit PLA/Dầu hạt đen/Sợi gai xanh AP1 và xác định tính chất cơ lý tại Việt Nam, trong điều kiện nhiệt độ và lực ép khác nhau. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xanh, góp phần vào mục tiêu giảm phát thải ròng (net-zero) và thúc đẩy ứng dụng vật liệu phân hủy sinh học trong công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu compozit sinh học, bao gồm:

• Lý thuyết về Polylactic Acid (PLA): PLA là polymer sinh học có khả năng phân hủy sinh học, với các dạng đồng phân PLLA, PDLA và PDLLA, ảnh hưởng đến tính chất cơ lý và nhiệt của vật liệu. PLA có ưu điểm về độ bền kéo và mô-đun đàn hồi nhưng nhược điểm về tính giòn và khả năng chịu va đập.

• Lý thuyết về sợi tự nhiên và sợi gai xanh AP1: Sợi gai xanh AP1 có độ bền kéo cao (345-1500 MPa), mô-đun đàn hồi từ 27,6 đến 80 GPa, vượt trội so với nhiều loại sợi tự nhiên khác. Sợi này có khả năng gia cường vật liệu polymer, cải thiện tính cơ học và thân thiện môi trường.

• Lý thuyết về chất hóa dẻo từ dầu thực vật epoxy hóa: Dầu hạt đen epoxy hóa chứa nhóm epoxy giúp tăng tính dẻo dai, giảm tính giòn của PLA mà không làm giảm khả năng phân hủy sinh học. Chất hóa dẻo này tạo liên kết hóa học với PLA, tăng cường tính đàn hồi và khả năng chịu lực.

Các khái niệm chính bao gồm: độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt, mô-đun đàn hồi, khả năng phân hủy sinh học, và ảnh hưởng của nhiệt độ, lực ép, hàm lượng sợi và dầu hạt đen đến tính chất vật liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các mẫu vật liệu compozit PLA/GXAP1 và PLA/DHĐ/GXAP1 được chế tạo tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Cỡ mẫu gồm các vật liệu với tỷ lệ thành phần và điều kiện chế tạo khác nhau, được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu có kiểm soát nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích hình thái cấu trúc: Sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát bề mặt và sự liên kết giữa sợi và nền polymer.

• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Xác định cấu trúc hóa học và sự tương tác giữa PLA, dầu hạt đen và sợi gai xanh.

• Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và nhiệt vi sai quét (DSC): Đánh giá khả năng chịu nhiệt và quá trình chuyển pha của vật liệu.

• Xác định tính chất cơ lý: Đo độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt và mô-đun đàn hồi trên thiết bị Zwick Z2.5 theo tiêu chuẩn ASTM D638.

• Phân tích thống kê và mô hình hóa: Sử dụng phương pháp hồi quy đa thức bậc hai và phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá ý nghĩa các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa điều kiện chế tạo.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ 2023 đến 2024, bao gồm các giai đoạn chế tạo mẫu, phân tích đặc tính và tối ưu hóa công nghệ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ chế tạo: Ở nhiệt độ 175°C, vật liệu compozit PLA/GXAP1 đạt độ bền kéo cao nhất 94,85 MPa, tăng 56% so với PLA nguyên chất (60,73 MPa). Độ bền va đập tăng từ 4,35 J/m² lên 12,04 J/m², độ giãn dài khi đứt tăng từ 2,1% lên 10,78%. Nhiệt độ 185°C làm giảm tính chất do phân hủy PLA.

2. Ảnh hưởng của lực ép: Lực ép 75 MPa tối ưu cho vật liệu PLA/GXAP1 với độ bền kéo đạt 93,98 MPa, độ bền va đập 11,87 J/m² và độ giãn dài 10,93%. Lực ép cao hơn (90 MPa) làm giảm các chỉ số này do cấu trúc bị nén quá mức.

3. Ảnh hưởng hàm lượng sợi gai xanh AP1: Tăng hàm lượng sợi từ 10% đến 30% làm tăng độ bền kéo từ 68,85 MPa lên 94,36 MPa, độ bền va đập từ 6,59 J/m² lên 11,98 J/m², độ giãn dài khi đứt từ 4,73% lên 10,85%. Hàm lượng 40% gây giảm nhẹ độ bền va đập do phân bố sợi không đồng đều.

4. Ảnh hưởng hàm lượng dầu hạt đen (DHĐ): Hàm lượng DHĐ 5% tối ưu, làm tăng độ bền kéo lên 101,75 MPa, độ bền va đập lên 20,87 kJ/m² và độ giãn dài 13,78%. Hàm lượng cao hơn 7,5-10% làm giảm các chỉ số do cấu trúc không đồng nhất.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa PLA, sợi gai xanh AP1 và dầu hạt đen epoxy hóa tạo ra vật liệu compozit có tính chất cơ lý vượt trội so với PLA nguyên chất. Nhiệt độ chế tạo và lực ép ảnh hưởng trực tiếp đến sự liên kết giữa sợi và ma trận polymer, từ đó ảnh hưởng đến độ bền và độ dẻo dai của vật liệu. Hàm lượng sợi và dầu hạt đen cần được tối ưu để cân bằng giữa độ cứng, độ bền và tính linh hoạt.

So với các nghiên cứu trước, vật liệu compozit PLA/DHĐ/GXAP1 đạt độ bền kéo và độ bền va đập cao hơn từ 15-30%, đồng thời giữ được khả năng phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên. Phổ FTIR và phân tích TGA cho thấy sự tương tác hóa học giữa nhóm epoxy của dầu hạt đen và nhóm chức của PLA, góp phần cải thiện tính chất cơ lý và ổn định nhiệt của compozit.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ 3D phản ứng thể hiện ảnh hưởng tương tác giữa nhiệt độ, lực ép và hàm lượng dầu hạt đen đến các chỉ số độ bền kéo, độ bền va đập và độ giãn dài khi đứt, giúp minh họa rõ ràng vùng điều kiện tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu điều kiện chế tạo: Áp dụng nhiệt độ 175°C và lực ép 75 MPa trong quy trình ép nóng để đạt tính chất cơ lý tối ưu cho vật liệu compozit PLA/DHĐ/GXAP1. Thời gian thực hiện trong vòng 2 phút cho mỗi mẻ sản xuất.

2. Kiểm soát hàm lượng nguyên liệu: Sử dụng hàm lượng sợi gai xanh AP1 khoảng 30% và dầu hạt đen epoxy hóa 5% để cân bằng giữa độ bền kéo, độ bền va đập và độ dẻo dai của vật liệu.

3. Xử lý bề mặt sợi: Áp dụng xử lý silane hoặc epoxy cho sợi gai xanh để tăng cường liên kết hóa học với nền PLA, nâng cao tính đồng nhất và độ bền của compozit.

4. Phát triển ứng dụng: Khuyến khích sử dụng vật liệu compozit PLA/DHĐ/GXAP1 trong các ngành công nghiệp bao bì phân hủy sinh học, nội thất ô tô và xây dựng thân thiện môi trường trong vòng 1-2 năm tới.

5. Nghiên cứu tiếp theo: Đề xuất nghiên cứu sâu hơn về khả năng phân hủy sinh học trong các điều kiện môi trường khác nhau và đánh giá tính bền vững lâu dài của vật liệu trong thực tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành vật liệu: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm chi tiết về vật liệu compozit sinh học, hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu sinh học: Thông tin về quy trình chế tạo và tối ưu hóa điều kiện sản xuất giúp doanh nghiệp ứng dụng công nghệ mới, nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Chuyên gia môi trường và phát triển bền vững: Nghiên cứu về vật liệu phân hủy sinh học góp phần giảm thiểu ô nhiễm nhựa, hỗ trợ các chính sách phát triển xanh.

4. Ngành công nghiệp ô tô, xây dựng và bao bì: Cung cấp giải pháp vật liệu nhẹ, bền, thân thiện môi trường, phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật và tiêu dùng.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu compozit PLA/DHĐ/GXAP1 có khả năng phân hủy sinh học như thế nào?
   Vật liệu có khả năng phân hủy hoàn toàn trong môi trường đất trong vòng khoảng 6 tháng, không gây tác động tiêu cực đến môi trường nhờ thành phần PLA và sợi tự nhiên.

2. Tại sao cần bổ sung dầu hạt đen epoxy hóa vào PLA?
   Dầu hạt đen epoxy hóa giúp tăng tính dẻo dai, giảm tính giòn của PLA, đồng thời tạo liên kết hóa học với PLA, cải thiện độ bền và khả năng chịu lực của compozit.

3. Hàm lượng sợi gai xanh AP1 tối ưu trong compozit là bao nhiêu?
   Hàm lượng khoảng 30% khối lượng được xác định là tối ưu, giúp tăng độ bền kéo lên đến 94 MPa và cải thiện độ dẻo dai mà không gây phân bố sợi không đồng đều.

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ chế tạo đến tính chất vật liệu ra sao?
   Nhiệt độ 175°C là điều kiện tối ưu, giúp tăng cường liên kết giữa sợi và ma trận, nâng cao độ bền kéo và độ bền va đập. Nhiệt độ cao hơn gây phân hủy PLA, giảm tính chất cơ lý.

5. Phương pháp nào được sử dụng để đánh giá tính chất cơ lý của vật liệu?
   Sử dụng thiết bị Zwick Z2.5 theo tiêu chuẩn ASTM D638 để đo độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt và mô-đun đàn hồi, đảm bảo kết quả chính xác và tin cậy.

Kết luận

• Vật liệu compozit PLA/DHĐ/GXAP1 được chế tạo thành công với tính chất cơ lý vượt trội so với PLA nguyên chất, đạt độ bền kéo trên 100 MPa và độ bền va đập gần 21 kJ/m².
• Nhiệt độ chế tạo 175°C, lực ép 75 MPa, hàm lượng sợi gai xanh 30% và dầu hạt đen 5% là điều kiện tối ưu cho vật liệu compozit.
• Sự tương tác hóa học giữa nhóm epoxy của dầu hạt đen và PLA được xác nhận qua phổ FTIR, góp phần cải thiện tính chất cơ lý và ổn định nhiệt.
• Vật liệu có khả năng phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững và mục tiêu net-zero.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu ứng dụng thực tế và đánh giá khả năng phân hủy trong các điều kiện môi trường khác nhau để mở rộng ứng dụng công nghiệp.

Luận văn mở ra hướng đi mới cho phát triển vật liệu compozit sinh học tại Việt Nam, khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp ứng dụng công nghệ xanh trong sản xuất vật liệu thân thiện môi trường.