Nghiên Cứu Chế Tạo và Xác Định Hình Thái Cấu Trúc, Tính Chất của Vật Liệu Compozit Polylactic Axit và Thạch Cao

• Tác giả: Nguyễn Hữu Đạt
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Vũ Giang
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Và Xác Định Hình Thái Cấu Trúc, Tính Chất Của Vật Liệu Compozit Polylactic Axit Và Thạch Cao
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. LỜI CAM ĐOAN
• 1.2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 1.3. DANH MỤC BẢNG
• 1.4. DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1.5. MỤC LỤC
• 1.6. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.7. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
• 1.8. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
• 1.9. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN
• 1.10. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.10.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT
• 1.10.2. VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
• 1.10.3. TỔNG QUAN VỀ THẠCH CAO (THẠCH CAO)
• 1.10.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.10.5. TÌM HIỂU VỀ ETHYLENE BIS STEARAMIDE (EBS)
• 1.10.6. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 1.10.6.1. NGUYÊN VẬT VIỆU VÀ HÓA CHẤT
• 2. CHẾ TẠO MẪU
• 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.2.1. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHẾ TẠO MẪU PLA/THẠCH CAO
• 2.2.2. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT BIẾN TÍNH THẠCH CAO
• 2.2.3. ẢNH HƯỞNG CHẤT BIẾN TÍNH EBS ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU PLA/THẠCH CAO
• 2.3. BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT SỰ PHÂN HỦY THẠCH CAO SỬ DỤNG CHỦNG VI KHUẨN KSF DESULFOVIBRIO ORYZAE M10
• 3. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Vật liệu Compozit PLA Thạch Cao Tổng quan và tiềm năng

Vật liệu compozit PLA thạch cao đang nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do rác thải nhựa. Với khả năng phân hủy sinh học và nguồn gốc từ tài nguyên tái tạo, Polylactic axit (PLA) là một lựa chọn thay thế tiềm năng cho các polyme dầu mỏ truyền thống. Tuy nhiên, độ giòn của PLA hạn chế ứng dụng của nó. Việc kết hợp PLA với thạch cao tạo ra một vật liệu composite sinh học thân thiện với môi trường, đồng thời cải thiện các tính chất cơ học. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa thành phần và quy trình sản xuất để tạo ra vật liệu composite PLA thạch cao với các tính chất vượt trội. Theo một báo cáo tại Hội nghị Davos, lượng rác thải nhựa thải xuống biển đến năm 2050 sẽ nhiều hơn lượng cá (tính theo trọng lượng), cho thấy tính cấp thiết của việc tìm kiếm các giải pháp thay thế.

1.1. Giới thiệu về Polylactic Axit PLA và ứng dụng

Polylactic axit (PLA) là một loại nhựa nhiệt dẻo có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên tái tạo như tinh bột ngô hoặc mía đường. PLA có khả năng phân hủy sinh học, không độc hại và có độ tương thích sinh học cao, làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh. PLA đang được sản xuất và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với giá thành rẻ hơn so với các loại nhựa phân hủy sinh học khác. Tuy nhiên, độ giòn vốn có của PLA là một hạn chế lớn. Theo tài liệu, giá thành của PLA dao động từ 2-3.2 USD/kg.

1.2. Thạch cao Vai trò và ứng dụng trong vật liệu composite

Thạch cao là một khoáng vật tự nhiên phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và nhiều ngành công nghiệp khác. Trong vật liệu composite, thạch cao có thể được sử dụng như một chất độn để cải thiện độ cứng, khả năng chịu nhiệt và giảm giá thành sản phẩm. Việc sử dụng thạch cao phế thải từ các ngành công nghiệp khác, như sản xuất phân bón, không chỉ giúp giảm chi phí mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này cũng xem xét việc xử lý và biến tính thạch cao phế thải để tăng cường tính tương thích với PLA.

II. Thách thức và Giải pháp Cải thiện độ bền Compozit PLA

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc ứng dụng Polylactic axit (PLA) là độ giòn và độ bền va đập kém. Điều này hạn chế việc sử dụng PLA trong các ứng dụng đòi hỏi tính chất cơ học cao. Để khắc phục nhược điểm này, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc phát triển các vật liệu composite bằng cách kết hợp PLA với các chất gia cường khác nhau. Việc sử dụng các hạt gia cường vô cơ như CaCO3, hydroxyapatit, và đặc biệt là CaSO4 (thạch cao), đã cho thấy tiềm năng trong việc cải thiện độ bền va đập, đồng thời duy trì độ bền kéo và độ bền nhiệt của vật liệu. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn PLA và thạch cao để đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa các tính chất cơ học.

2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn PLA và thạch cao

Tỷ lệ pha trộn giữa PLA và thạch cao có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của vật liệu composite. Việc tăng hàm lượng thạch cao có thể cải thiện độ cứng và khả năng chịu nhiệt, nhưng đồng thời cũng có thể làm giảm độ dẻo và độ bền kéo. Do đó, việc tìm ra tỷ lệ tối ưu là rất quan trọng. Nghiên cứu này sẽ khảo sát các tỷ lệ khác nhau, từ 5% đến 25% thạch cao theo khối lượng, để xác định tỷ lệ mang lại hiệu quả tốt nhất về tính chất cơ học.

2.2. Biến tính thạch cao Giải pháp tăng cường tính tương thích

Tính tương thích giữa PLA và thạch cao là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu composite. Thạch cao có bản chất vô cơ, trong khi PLA là một polyme hữu cơ, dẫn đến sự khác biệt về độ phân cực và khả năng tương tác. Để cải thiện tính tương thích, thạch cao có thể được biến tính bằng các chất hoạt động bề mặt hoặc các polyme tương thích. Nghiên cứu này sẽ sử dụng Ethylene bis stearamide (EBS) để biến tính thạch cao, nhằm tăng cường sự liên kết giữa thạch cao và PLA.

III. Phương pháp Chế tạo Compozit PLA Thạch Cao Biến Tính EBS

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp trộn nóng chảy để chế tạo vật liệu composite PLA thạch cao. Quá trình này bao gồm việc trộn PLA và thạch cao (đã hoặc chưa biến tính) ở nhiệt độ cao, sau đó ép phun hoặc đùn để tạo ra các mẫu thử nghiệm. Các điều kiện chế tạo, như nhiệt độ trộn, tốc độ trộn và thời gian trộn, sẽ được tối ưu hóa để đảm bảo sự phân tán đồng đều của thạch cao trong nền PLA và đạt được tính chất cơ học tốt nhất. Việc sử dụng Ethylene bis stearamide (EBS) làm chất biến tính được kỳ vọng sẽ cải thiện đáng kể tính chất của vật liệu composite.

3.1. Quy trình trộn nóng chảy và tối ưu hóa thông số

Quy trình trộn nóng chảy là một phương pháp phổ biến để chế tạo vật liệu composite polyme. Trong quy trình này, PLA và thạch cao được trộn lẫn ở nhiệt độ cao, thường là trên điểm nóng chảy của PLA. Các thông số quan trọng cần được kiểm soát bao gồm nhiệt độ trộn, tốc độ trộn và thời gian trộn. Nhiệt độ quá cao có thể làm phân hủy PLA, trong khi nhiệt độ quá thấp có thể không đảm bảo sự phân tán đồng đều của thạch cao. Tốc độ trộn và thời gian trộn cũng ảnh hưởng đến độ đồng nhất của hỗn hợp.

3.2. Sử dụng Ethylene Bis Stearamide EBS để biến tính

Ethylene bis stearamide (EBS) là một chất bôi trơn và chất phân tán thường được sử dụng trong ngành công nghiệp nhựa. Trong nghiên cứu này, EBS được sử dụng để biến tính thạch cao, nhằm cải thiện tính tương thích với PLA. EBS có khả năng tạo lớp phủ hydrophobic trên bề mặt thạch cao, giúp giảm sức căng bề mặt và tăng cường sự liên kết giữa thạch cao và PLA. Theo tài liệu, EBS có công thức hóa học cụ thể và có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của vật liệu composite.

IV. Kết quả Nghiên cứu Tính chất Cơ học của Compozit PLA

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung thạch cao vào PLA có thể cải thiện đáng kể độ cứng và khả năng chịu nhiệt của vật liệu composite. Tuy nhiên, độ bền kéo và độ bền va đập có thể bị ảnh hưởng tùy thuộc vào tỷ lệ pha trộn và phương pháp biến tính. Việc sử dụng Ethylene bis stearamide (EBS) để biến tính thạch cao đã cho thấy hiệu quả trong việc cải thiện tính tương thích và tăng cường độ bền của vật liệu composite. Các mẫu compozit PLA thạch cao biến tính EBS cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính chất cơ học so với các mẫu không biến tính.

4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng thạch cao đến độ bền kéo

Hàm lượng thạch cao có ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền kéo của vật liệu composite PLA thạch cao. Ở hàm lượng thấp, thạch cao có thể đóng vai trò gia cường, làm tăng độ bền kéo. Tuy nhiên, ở hàm lượng cao, thạch cao có thể làm giảm độ bền kéo do sự hình thành các cụm tập trung và giảm tính liên tục của nền PLA. Nghiên cứu này sẽ xác định hàm lượng thạch cao tối ưu để đạt được độ bền kéo cao nhất.

4.2. So sánh tính chất cơ học của mẫu biến tính và không biến tính

Việc so sánh tính chất cơ học của các mẫu compozit PLA thạch cao biến tính EBS và các mẫu không biến tính là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả của phương pháp biến tính. Các mẫu biến tính thường cho thấy độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập cao hơn so với các mẫu không biến tính. Điều này cho thấy rằng EBS có khả năng cải thiện tính tương thích giữa PLA và thạch cao, dẫn đến sự phân tán đồng đều hơn và sự liên kết tốt hơn giữa các pha.

V. Ứng dụng Thực tiễn và Tiềm năng của Compozit PLA

Vật liệu composite PLA thạch cao có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xây dựng, bao bì, nông nghiệp và y tế. Trong xây dựng, vật liệu composite này có thể được sử dụng để sản xuất các tấm ốp tường, trần nhà và các vật liệu cách nhiệt. Trong bao bì, nó có thể được sử dụng để sản xuất các loại bao bì phân hủy sinh học, thay thế cho các loại bao bì nhựa truyền thống. Trong nông nghiệp, nó có thể được sử dụng để sản xuất các loại chậu cây và màng phủ đất phân hủy sinh học. Trong y tế, nó có thể được sử dụng để sản xuất các loại vật liệu cấy ghép và chỉ khâu phẫu thuật phân hủy sinh học.

5.1. Ứng dụng trong xây dựng Vật liệu thân thiện môi trường

Trong ngành xây dựng, vật liệu composite PLA thạch cao có thể được sử dụng để thay thế các vật liệu truyền thống như xi măng và gạch nung, giúp giảm lượng khí thải carbon và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Vật liệu composite này có thể được sử dụng để sản xuất các tấm ốp tường, trần nhà, vách ngăn và các vật liệu cách nhiệt. Ngoài ra, nó còn có khả năng chống cháy và cách âm tốt.

5.2. Bao bì phân hủy sinh học Giải pháp thay thế nhựa

Ngành công nghiệp bao bì đang tìm kiếm các giải pháp thay thế cho các loại bao bì nhựa truyền thống, nhằm giảm lượng rác thải nhựa và ô nhiễm môi trường. Vật liệu composite PLA thạch cao là một lựa chọn đầy hứa hẹn cho các loại bao bì phân hủy sinh học. Nó có thể được sử dụng để sản xuất các loại túi, hộp, khay và màng bọc thực phẩm. Bao bì làm từ vật liệu composite PLA thạch cao có thể phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên, giúp giảm gánh nặng cho các bãi chôn lấp.

VI. Kết luận và Hướng Nghiên cứu Tương lai Compozit PLA

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của vật liệu composite PLA thạch cao như một giải pháp thân thiện với môi trường và có tính ứng dụng cao. Việc tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn, phương pháp biến tính và điều kiện chế tạo có thể tạo ra vật liệu composite với các tính chất cơ học vượt trội. Các hướng nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp biến tính mới, sử dụng các loại thạch cao phế thải khác nhau và khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau.

6.1. Phát triển phương pháp biến tính thạch cao tiên tiến

Việc phát triển các phương pháp biến tính thạch cao tiên tiến là rất quan trọng để cải thiện tính tương thích và tăng cường tính chất của vật liệu composite PLA thạch cao. Các phương pháp biến tính có thể bao gồm sử dụng các chất hoạt động bề mặt khác nhau, polyme tương thích hoặc các kỹ thuật xử lý bề mặt. Mục tiêu là tạo ra một lớp phủ trên bề mặt thạch cao giúp tăng cường sự liên kết với PLA và cải thiện sự phân tán đồng đều.

6.2. Nghiên cứu khả năng phân hủy sinh học của vật liệu

Một trong những ưu điểm lớn nhất của vật liệu composite PLA thạch cao là khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu chi tiết để đánh giá tốc độ và điều kiện phân hủy của vật liệu composite này trong các môi trường khác nhau. Các nghiên cứu này có thể bao gồm việc sử dụng các chủng vi sinh vật khác nhau và kiểm tra ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm và pH đến quá trình phân hủy.

Tổng quan nghiên cứu

Mỗi năm, thế giới thải ra khoảng 300 triệu tấn rác thải nhựa, trong đó phần lớn không được xử lý đúng cách, gây ô nhiễm nghiêm trọng đất và nước. Việt Nam hiện đứng thứ 4 thế giới về lượng rác thải nhựa ra biển với khoảng 730.000 tấn mỗi năm. Tỷ lệ tái chế và phân loại rác thải tại nguồn còn rất thấp, dẫn đến việc chôn lấp hoặc xả thải trực tiếp ra môi trường, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Trước thực trạng này, việc phát triển vật liệu xanh, có nguồn gốc sinh học, phân hủy sinh học nhanh và thân thiện môi trường trở thành xu hướng cấp thiết.

Polylactic axit (PLA) là một trong những loại polyme sinh học được quan tâm hàng đầu nhờ khả năng phân hủy sinh học cao, độ bền kéo và mô đun đàn hồi tốt, giá thành cạnh tranh (2-3,2 USD/kg). Tuy nhiên, PLA có nhược điểm là độ giòn cao, độ bền va đập thấp, hạn chế ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Việc bổ sung các hạt gia cường vô cơ như thạch cao (CaSO4) giúp cải thiện tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền va đập, đồng thời giữ được tính thân thiện môi trường của vật liệu.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo và xác định hình thái cấu trúc, tính chất của vật liệu compozit PLA/thạch cao, với mục tiêu tối ưu thành phần và điều kiện công nghệ chế tạo nhằm nâng cao tính chất cơ học và khả năng phân hủy sinh học. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong năm 2021, góp phần phát triển vật liệu xanh, giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ rác thải nhựa và thạch cao phế thải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết vật liệu compozit, trong đó vật liệu compozit gồm pha nền liên tục (polyme PLA) và pha phân tán (chất độn thạch cao). Các đặc tính cơ học của compozit phụ thuộc vào tính chất của từng pha, sự phân bố và tương tác giữa các pha.

Hai mô hình lý thuyết chính được áp dụng là:

• Lý thuyết phân tán và tương hợp pha: Giải thích sự ảnh hưởng của biến tính bề mặt thạch cao bằng ethylene bis stearamide (EBS) đến khả năng phân tán và liên kết giữa thạch cao và PLA, từ đó cải thiện tính chất cơ học của compozit.

• Lý thuyết lưu biến nóng chảy: Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện gia công (nhiệt độ, thời gian, tốc độ trộn) đến tính chất cơ học và cấu trúc vi mô của vật liệu compozit PLA/thạch cao.

Các khái niệm chính bao gồm: độ bền kéo, độ dãn dài khi đứt, mô đun đàn hồi, độ bền va đập, khả năng phân hủy sinh học, biến tính bề mặt chất độn, và ảnh hưởng của chất bôi trơn EBS.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu vật liệu compozit PLA/thạch cao được chế tạo trong phòng thí nghiệm Viện Kỹ thuật nhiệt đới. Các mẫu được tổng hợp với các hàm lượng thạch cao khác nhau (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% khối lượng), thạch cao được biến tính bằng 4% EBS để tăng tương hợp với PLA.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Gia công mẫu: Trộn nóng chảy trong thiết bị Haake Rheomix 610 ở nhiệt độ 190°C, tốc độ trục quay 50 vòng/phút, thời gian 5 phút, sau đó ép thủy lực thành tấm.

• Đo tính chất cơ học: Độ bền kéo, độ dãn dài khi đứt, mô đun đàn hồi được đo trên thiết bị kéo nén đa năng Zwick Z2.5 theo tiêu chuẩn ASTM DIN 53503; độ bền va đập đo theo ASTM D256.

• Phân tích lưu biến nóng chảy: Sử dụng máy Rheomix 610 để khảo sát mô men xoắn và độ nhớt nóng chảy.

• Phân tích cấu trúc: Kính hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát sự phân tán và liên kết giữa các pha; phổ hồng ngoại FT-IR để xác định cấu trúc hóa học.

• Phân tích nhiệt: Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) để đánh giá tính ổn định nhiệt của vật liệu.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2021, tập trung vào tối ưu hóa điều kiện gia công và khảo sát ảnh hưởng của biến tính thạch cao đến tính chất vật liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Điều kiện gia công tối ưu: Thời gian trộn 5 phút, nhiệt độ 190°C, tốc độ trục quay 50 vòng/phút cho kết quả tốt nhất với độ bền kéo đạt 30,1 MPa, mô đun đàn hồi 2442 MPa và độ bền va đập 3,1 kJ/m². Thời gian trộn dài hơn hoặc nhiệt độ cao hơn 190°C làm giảm tính chất cơ học do phân hủy PLA.

2. Ảnh hưởng hàm lượng thạch cao: Khi tăng hàm lượng thạch cao từ 0% đến 20%, độ bền uốn và độ bền va đập của compozit tăng lên đáng kể, ví dụ độ bền uốn tăng khoảng 15-20%, độ bền va đập tăng 10-15%. Tuy nhiên, vượt quá 20% thạch cao, tính chất cơ học bắt đầu giảm do hiện tượng kết tụ và phân tách pha.

3. Tác động của biến tính thạch cao bằng EBS: Mẫu compozit sử dụng thạch cao biến tính với 4% EBS có độ bền kéo và độ bền va đập cao hơn từ 10-12% so với mẫu sử dụng thạch cao không biến tính. Phổ IR và ảnh SEM cho thấy EBS giúp cải thiện sự phân tán và tương tác giữa thạch cao và PLA, làm tăng tính đồng nhất của vật liệu.

4. Tính ổn định nhiệt và phân hủy sinh học: Phân tích TGA cho thấy vật liệu compozit PLA/thạch cao biến tính có nhiệt độ phân hủy cao hơn khoảng 10-15°C so với mẫu không biến tính, chứng tỏ khả năng chịu nhiệt được cải thiện. Ảnh SEM sau quá trình phân hủy sinh học cho thấy thạch cao có thể bị vi khuẩn phân hủy, hỗ trợ khả năng phân hủy sinh học của compozit.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc tối ưu điều kiện gia công là yếu tố then chốt để đảm bảo tính chất cơ học của vật liệu compozit PLA/thạch cao. Nhiệt độ và thời gian trộn quá cao gây phân hủy PLA, làm giảm độ bền kéo và độ bền va đập. Tốc độ trục quay 50 vòng/phút tạo điều kiện phân tán chất độn tốt nhất, tránh kết tụ hạt thạch cao.

Việc biến tính thạch cao bằng EBS giúp tăng tương hợp giữa pha vô cơ và pha hữu cơ, cải thiện sự phân tán và liên kết giữa các pha, từ đó nâng cao tính chất cơ học và ổn định nhiệt của vật liệu. So với các nghiên cứu trước đây sử dụng axit stearic hoặc SDS, EBS có ưu điểm nhiệt độ nóng chảy cao (140-150°C) và khả năng tương tác nhóm amin với hydroxyl của thạch cao, giúp vật liệu bền hơn trong quá trình gia công.

Biểu đồ so sánh độ bền kéo và độ bền va đập giữa các mẫu PLA/thạch cao biến tính và không biến tính minh họa rõ sự cải thiện tính chất cơ học nhờ biến tính EBS. Bảng phân tích TGA thể hiện sự tăng nhiệt độ phân hủy và giảm tốc độ phân hủy của compozit biến tính.

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các công trình quốc tế về vật liệu compozit sinh học, đồng thời mở ra hướng ứng dụng thạch cao phế thải trong sản xuất vật liệu xanh, thân thiện môi trường tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình gia công tối ưu: Khuyến nghị sử dụng nhiệt độ phối trộn 190°C, thời gian 5 phút, tốc độ trục quay 50 vòng/phút trong sản xuất compozit PLA/thạch cao để đảm bảo tính chất cơ học và ổn định nhiệt. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất vật liệu sinh học, timeline áp dụng trong 6-12 tháng.

2. Sử dụng biến tính thạch cao bằng EBS: Khuyến khích biến tính thạch cao phế thải với 4% EBS để tăng tương hợp và phân tán trong PLA, nâng cao độ bền kéo và va đập. Chủ thể thực hiện: nhà cung cấp nguyên liệu và nhà sản xuất compozit, timeline nghiên cứu và triển khai 12 tháng.

3. Phát triển vật liệu compozit thân thiện môi trường: Khuyến nghị mở rộng nghiên cứu ứng dụng vật liệu PLA/thạch cao trong các lĩnh vực bao bì, xây dựng, y tế nhằm giảm thiểu ô nhiễm nhựa và tận dụng phế thải thạch cao. Chủ thể thực hiện: viện nghiên cứu, doanh nghiệp công nghiệp, timeline 2-3 năm.

4. Xây dựng quy trình tái chế và phân hủy sinh học: Đề xuất nghiên cứu sâu hơn về khả năng phân hủy sinh học của compozit PLA/thạch cao trong điều kiện tự nhiên và công nghiệp, nhằm hoàn thiện chu trình vật liệu xanh. Chủ thể thực hiện: các trung tâm nghiên cứu môi trường, timeline 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Vật liệu: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về vật liệu compozit sinh học, phương pháp biến tính và đánh giá tính chất vật liệu, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu sinh học và bao bì: Tham khảo để áp dụng công nghệ chế tạo compozit PLA/thạch cao, tối ưu điều kiện gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm thân thiện môi trường.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Cung cấp dữ liệu khoa học về vật liệu phân hủy sinh học và tái sử dụng phế thải thạch cao, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển vật liệu xanh và quản lý chất thải.

4. Ngành công nghiệp xây dựng và y tế: Áp dụng vật liệu compozit PLA/thạch cao trong sản xuất vật liệu xây dựng không nung, vật liệu y sinh thân thiện môi trường, giảm thiểu tác động ô nhiễm.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu compozit PLA/thạch cao có ưu điểm gì so với nhựa truyền thống?
   Vật liệu này có khả năng phân hủy sinh học cao, thân thiện môi trường, đồng thời cải thiện tính chất cơ học như độ bền kéo và va đập so với PLA nguyên chất. Ví dụ, độ bền kéo có thể đạt 30,1 MPa, cao hơn nhiều so với nhựa truyền thống không phân hủy.

2. Tại sao cần biến tính thạch cao bằng EBS?
   EBS giúp tăng tương hợp giữa thạch cao và PLA, cải thiện sự phân tán hạt và liên kết pha, từ đó nâng cao tính chất cơ học và ổn định nhiệt của compozit. Nghiên cứu cho thấy biến tính bằng 4% EBS làm tăng độ bền kéo và va đập khoảng 10-12%.

3. Điều kiện gia công nào là tối ưu cho vật liệu compozit này?
   Nhiệt độ phối trộn 190°C, thời gian 5 phút, tốc độ trục quay 50 vòng/phút được xác định là điều kiện tối ưu, giúp vật liệu đạt độ bền kéo 30,1 MPa và độ bền va đập 3,1 kJ/m².

4. Khả năng phân hủy sinh học của vật liệu compozit như thế nào?
   PLA có thể phân hủy hoàn toàn trong 90-180 ngày tùy điều kiện. Thạch cao phế thải có thể bị vi khuẩn phân hủy, hỗ trợ quá trình phân hủy tổng thể của compozit, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5. Ứng dụng thực tế của vật liệu compozit PLA/thạch cao là gì?
   Vật liệu có thể dùng trong sản xuất bao bì phân hủy sinh học, vật liệu xây dựng không nung, vật liệu y sinh như chỉ khâu, vật liệu cách điện và các sản phẩm thân thiện môi trường khác.

Kết luận

• Đã xác định được điều kiện gia công tối ưu cho vật liệu compozit PLA/thạch cao: 190°C, 5 phút, 50 vòng/phút.
• Biến tính thạch cao bằng 4% EBS cải thiện đáng kể tính chất cơ học và ổn định nhiệt của compozit.
• Vật liệu compozit PLA/thạch cao có khả năng phân hủy sinh học tốt, thân thiện môi trường, phù hợp thay thế nhựa truyền thống.
• Nghiên cứu góp phần tận dụng phế thải thạch cao, giảm ô nhiễm môi trường và phát triển vật liệu xanh tại Việt Nam.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và quy trình tái chế, phân hủy sinh học trong tương lai gần.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm vật liệu sinh học thân thiện môi trường, đồng thời thúc đẩy chính sách hỗ trợ phát triển vật liệu xanh.