Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sử dụng bột gỗ phế thải chế tạo vật liệu compozit trên nhựa nền polyvinyl clorua

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu sử dụng bột gỗ phế thải chế tạo vật liệu compozit trên nhựa nền polyvinyl clorua, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả

• Tác giả: Nguyễn Văn Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Vũ Giang
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - ĐHQGHN
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Bột Gỗ Phế Thải, Chế Tạo Vật Liệu Compozit Trên Nhựa Nền Polyvinyl Clorua
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu compozit nhựa/gỗ
• 1.2. Vật liệu nền polyvinyl clorua (PVC)
• 1.3. Bột gỗ và bột gỗ keo tai tượng (BG)
• 1.4. Phụ gia gia cường silica
• 1.5. Bột gỗ biến tính hạt nano silica (SiO2)
• 1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.2. Chế tạo vật liệu compozit PVC/BG
• 2.3. Xử lý bột gỗ bằng xút nóng (NaOH). Biến tính bề mặt bột gỗ bằng TEOS
• 2.4. Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu
• 2.5. Nghiên cứu các đặc trưng nóng cháy của vật liệu PVC/BG
• 2.6. Phương pháp xác định tính chất cơ học
• 2.7. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 2.8. Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourrie (FT-IR)
• 2.9. Phương pháp kính hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM)
• 2.10. Phương pháp lưu biến trạng thái rắn
• 2.11. Khảo sát khả năng ngấm ẩm của vật liệu
• 2.12. Khảo sát sự suy giảm oxy hóa quang-nhiệt-ẩm
• 2.13. Sự thay đổi màu sắc
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tính chất nóng chảy, tính chất cơ học của vật liệu compozit PVC/BG
• 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng DOP lên các đặc trưng nóng chảy của vật liệu compozit
• 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng BG đến khả năng nóng chảy của vật liệu
• 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất biến tính TEOS trên bột gỗ có và không có xử lý kiềm tới tính chất của compozit
• 3.5. Tính chất nóng chảy và tính chất cơ học của PVC/BG và PVC/BKT
• 3.6. Tích chất uốn
• 3.7. Lưu biến trạng thái rắn
• 3.8. Tính chất nhiệt của vật liệu compozit PVC/BG
• 3.9. Hình thái cấu trúc của compozit của vật liệu compozit PVC/BG
• 3.10. Nghiên cứu tính ngấm ẩm (Khả năng hấp thụ nước)
• 3.11. Thử nghiệm gia tốc thời tiết
• 3.12. Tính chất cơ học
• 3.13. Phổ hồng ngoại (IR)
• 3.14. Độ suy giảm màu sắc
• 3.15. Cấu trúc hình thái bề mặt compozit
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải

Nghiên cứu vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến gỗ. Vật liệu compozit nhựa/gỗ không chỉ giúp tận dụng nguồn phế liệu mà còn mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và môi trường. Việc sử dụng bột gỗ phế thải để chế tạo vật liệu compozit trên nền nhựa polyvinyl clorua (PVC) không chỉ giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra sản phẩm có tính ứng dụng cao trong xây dựng và nội thất.

1.1. Vật liệu compozit nhựa gỗ là gì

Vật liệu compozit nhựa/gỗ là sự kết hợp giữa bột gỗ và nhựa, trong đó bột gỗ đóng vai trò là cốt, giúp tăng cường độ bền và độ cứng cho sản phẩm. Nhựa PVC được sử dụng làm nền, tạo ra một khối vật liệu đồng nhất và có khả năng chống lại các tác động từ môi trường.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng bột gỗ phế thải

Việc sử dụng bột gỗ phế thải không chỉ giúp giảm thiểu lượng rác thải mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Bên cạnh đó, vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải có khả năng tái chế, thân thiện với môi trường và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành xây dựng.

II. Thách thức trong nghiên cứu vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nghiên cứu và phát triển vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chất lượng bột gỗ, quy trình sản xuất và tính ổn định của sản phẩm là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chất lượng bột gỗ phế thải

Chất lượng bột gỗ phế thải có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc và phương pháp chế biến. Việc đảm bảo chất lượng đồng nhất là rất quan trọng để sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn.

2.2. Quy trình sản xuất vật liệu compozit

Quy trình sản xuất vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ pha trộn cần được điều chỉnh phù hợp.

III. Phương pháp chế tạo vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải

Để chế tạo vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng các phụ gia như silica có thể cải thiện tính chất cơ học của vật liệu.

3.1. Quy trình chế tạo vật liệu compozit PVC BG

Quy trình chế tạo vật liệu compozit PVC/BG bao gồm các bước như xử lý bột gỗ, trộn với nhựa PVC và ép nhiệt. Việc xử lý bột gỗ bằng xút nóng giúp cải thiện tính chất bề mặt và khả năng kết dính.

3.2. Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất vật liệu

Sử dụng phụ gia như silica có thể làm tăng độ bền và khả năng chống ẩm của vật liệu compozit. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa tỷ lệ phụ gia là rất quan trọng để đạt được sản phẩm chất lượng cao.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải

Vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải có nhiều ứng dụng trong ngành xây dựng và nội thất. Sản phẩm từ vật liệu này không chỉ đáp ứng nhu cầu sử dụng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng dụng trong xây dựng

Vật liệu compozit PVC/BG được sử dụng rộng rãi trong xây dựng như tấm lát sàn, cửa sổ và hàng rào. Sản phẩm này có độ bền cao và khả năng chống thời tiết tốt.

4.2. Ứng dụng trong nội thất

Trong ngành nội thất, vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải được sử dụng để sản xuất đồ nội thất như bàn, ghế và kệ. Sản phẩm này không chỉ đẹp mà còn thân thiện với môi trường.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu vật liệu compozit

Nghiên cứu vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp chế biến gỗ. Với sự phát triển của công nghệ, việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ là những yếu tố quyết định cho sự thành công trong tương lai.

5.1. Tương lai của vật liệu compozit

Vật liệu compozit từ bột gỗ phế thải có tiềm năng lớn trong việc thay thế các sản phẩm nhựa truyền thống. Sự phát triển bền vững và thân thiện với môi trường sẽ là xu hướng chính trong tương lai.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện tính chất vật liệu và phát triển các ứng dụng mới. Việc hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến gỗ tại Việt Nam phát triển mạnh mẽ trong hơn một thập kỷ qua, với hơn mười nhà máy mới được xây dựng và đi vào hoạt động chỉ trong năm 2010. Tuy nhiên, lượng phế liệu gỗ phát sinh trong quá trình sản xuất chiếm tỷ lệ từ 45-63% thể tích nguyên liệu, phần lớn bị thải ra môi trường hoặc sử dụng làm nhiên liệu, gây ô nhiễm không khí, đất và nước. Đồng thời, Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 3,5-4 triệu m³ gỗ tròn hàng năm, trong khi bột gỗ phế thải chủ yếu được xuất khẩu với giá thấp, còn các sản phẩm compozit nhựa/gỗ lại được nhập khẩu từ nước ngoài.

Luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng bột gỗ phế thải từ cây keo tai tượng, một loại gỗ phổ biến tại Việt Nam, để chế tạo vật liệu compozit trên nền nhựa polyvinyl clorua (PVC). Mục tiêu chính là phát triển vật liệu compozit PVC/BG có tính chất cơ lý, nhiệt và khả năng chịu thời tiết tốt, nhằm thay thế sản phẩm nhập khẩu, đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển bền vững. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi thời gian năm 2014 tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với trọng tâm là đánh giá ảnh hưởng của các thành phần như chất hóa dẻo DOP, hàm lượng bột gỗ, và biến tính bề mặt bột gỗ bằng hạt nano silica (SiO2) đến tính chất vật liệu compozit.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xanh, thân thiện môi trường, đồng thời nâng cao giá trị sử dụng phế liệu gỗ trong ngành công nghiệp vật liệu xây dựng, kiến trúc và giao thông vận tải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết về vật liệu compozit nhựa/gỗ, trong đó bột gỗ đóng vai trò cốt gia cường, còn nhựa nền PVC là pha liên tục liên kết các thành phần. PVC là nhựa nhiệt dẻo có tính phân cực cao, giúp tăng tính tương hợp với bột gỗ chứa nhiều nhóm hydroxyl (-OH). Các khái niệm chính bao gồm:

• Vật liệu compozit nhựa/gỗ: tổng hợp từ bột gỗ và nhựa nền, kết hợp ưu điểm của cả hai thành phần.
• Biến tính bề mặt bột gỗ: sử dụng tetraethyl orthosilicate (TEOS) để gắn hạt nano silica lên bề mặt bột gỗ, tăng cường liên kết hóa học và cải thiện tính chất cơ học.
• Chất hóa dẻo DOP (dioctyl phtalat): làm tăng tính linh động của mạch PVC, ảnh hưởng đến tính chất nóng chảy và cơ học của compozit.
• Phương pháp xử lý kiềm (NaOH): loại bỏ lignin và tạp chất trên bề mặt bột gỗ, tăng độ nhám và khả năng bám dính cơ học.

Ngoài ra, các phương pháp phân tích như phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR), kính hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM), và phân tích lưu biến động học (DMA) được áp dụng để đánh giá tính chất vật liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu vật liệu compozit PVC/BG được chế tạo từ nhựa PVC dạng hạt Grade SG 660, bột gỗ keo tai tượng kích thước khoảng 100 µm, cùng các phụ gia như DOP, kẽm stearat, bari stearat và cơ thiếc.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước:

• Xử lý bột gỗ: ngâm trong dung dịch NaOH 3% ở 60°C trong 2 giờ để loại bỏ tạp chất, sau đó biến tính bề mặt bằng TEOS với các hàm lượng 1-10% theo khối lượng bột gỗ.
• Chế tạo compozit: phối trộn nóng chảy trên thiết bị Haake Rheomix 610 ở 180°C, 4 phút, tốc độ 75 vòng/phút, với tỷ lệ bột gỗ từ 20-40% và DOP từ 10-25%.
• Gia công mẫu: ép tấm trên thiết bị Toyoseky ở nhiệt độ phối trộn, áp suất 5 MPa trong 2 phút, làm nguội và bảo quản ở nhiệt độ phòng.
• Phân tích tính chất: đo tính chất cơ học (độ bền kéo đứt, mô đun đàn hồi, độ bền uốn), phân tích nhiệt (TGA), phổ FT-IR, hình thái cấu trúc FESEM, lưu biến động học (DMA), khả năng ngấm ẩm, thử nghiệm gia tốc thời tiết UVCON theo tiêu chuẩn ASTM.

Cỡ mẫu mỗi loại được đo ba lần để lấy giá trị trung bình, đảm bảo độ tin cậy. Phương pháp chọn mẫu và phân tích được thiết kế nhằm đánh giá ảnh hưởng của từng thành phần và xử lý bề mặt đến tính chất vật liệu compozit.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hóa dẻo DOP: Khi tăng hàm lượng DOP từ 10% đến 25%, thời gian nóng chảy giảm từ 237 giây xuống 102 giây, mô men xoắn giảm từ 14 Nm xuống 12,3 Nm, và năng lượng nóng chảy giảm từ 85 J xuống 68 J. Độ bền kéo đứt đạt tối đa 26,26 MPa tại 15% DOP, sau đó giảm mạnh còn 11,41 MPa ở 25% DOP. Mô đun đàn hồi giảm từ 737 MPa (10% DOP) xuống 131 MPa (25% DOP). Điều này cho thấy hàm lượng DOP 15% là tối ưu để cân bằng tính linh động và độ bền cơ học.

2. Ảnh hưởng của hàm lượng bột gỗ (BG): Khi tăng hàm lượng BG từ 20% đến 40%, thời gian nóng chảy tăng từ 123 giây lên 175 giây, mô men xoắn tăng từ 13,4 Nm lên 14,3 Nm, năng lượng nóng chảy tăng từ 50 J lên 107 J. Độ bền kéo đứt tăng từ 20,94 MPa (20% BG) lên 27,42 MPa (40% BG), mô đun đàn hồi tăng từ 377,1 MPa lên 721,9 MPa. Tuy nhiên, mẫu với 40% BG có cấu trúc không đồng đều và nhiều khuyết tật, do đó hàm lượng 30% BG được chọn làm tối ưu.

3. Ảnh hưởng của biến tính bột gỗ bằng TEOS: Các mẫu compozit biến tính với TEOS có thời gian và mô men nóng chảy cao hơn so với mẫu không biến tính, do lớp hạt silica trên bề mặt bột gỗ làm tăng ma sát nội và cản trở truyền nhiệt. Độ bền kéo đứt của mẫu biến tính tăng từ 26,26 MPa lên 34,64 MPa ở hàm lượng TEOS 5%. Mẫu xử lý kiềm biến tính có độ bền kéo đứt cao hơn so với mẫu không xử lý, đạt 34,86 MPa ở 10% TEOS. Tuy nhiên, hàm lượng TEOS vượt quá 5% có thể gây kết tụ bột gỗ, làm giảm cơ tính.

4. Khả năng chịu thời tiết và ngấm ẩm: Mẫu compozit biến tính có khả năng chống ngấm ẩm tốt hơn và ít suy giảm màu sắc sau thử nghiệm gia tốc thời tiết UV so với mẫu không biến tính, thể hiện qua giá trị ∆E* thấp hơn và cấu trúc bề mặt ít bị phá hủy quan sát bằng FESEM.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng hàm lượng DOP làm giảm nhiệt độ và năng lượng nóng chảy do DOP làm yếu liên kết hidro trong PVC, tăng tính linh động của mạch polyme. Tuy nhiên, DOP quá nhiều làm giảm độ bền cơ học do phá vỡ cấu trúc liên kết. Hàm lượng bột gỗ tăng làm tăng ma sát nội và nhiệt dung, kéo dài thời gian nóng chảy và tăng mô men xoắn, đồng thời cải thiện độ cứng và độ bền do bột gỗ đóng vai trò gia cường. Tuy nhiên, quá nhiều bột gỗ gây khuyết tật do giảm khả năng truyền nhiệt.

Biến tính bề mặt bột gỗ bằng TEOS tạo liên kết hóa học giữa silica và bột gỗ, tăng diện tích tiếp xúc và tương hợp với PVC, cải thiện tính chất cơ học và khả năng chịu thời tiết. Xử lý kiềm loại bỏ lignin, làm tăng nhóm hydroxyl trên bề mặt, giúp liên kết với TEOS hiệu quả hơn, nâng cao độ bền kéo đứt. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trong và ngoài nước về cải thiện tính chất compozit nhựa/gỗ bằng biến tính bề mặt và xử lý hóa học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ mô men xoắn theo thời gian, bảng so sánh tính chất cơ học theo hàm lượng DOP, BG và TEOS, cũng như hình ảnh FESEM minh họa cấu trúc bề mặt trước và sau xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa hàm lượng chất hóa dẻo DOP ở mức 15% để cân bằng giữa tính linh động và độ bền cơ học của vật liệu compozit PVC/BG, đảm bảo hiệu quả gia công và chất lượng sản phẩm.

2. Sử dụng hàm lượng bột gỗ khoảng 30% để đạt được tính chất cơ học tốt, đồng thời tránh các khuyết tật do quá nhiều bột gỗ gây ra trong quá trình gia công.

3. Áp dụng biến tính bề mặt bột gỗ bằng TEOS với hàm lượng 3-5% để tăng cường liên kết hóa học giữa bột gỗ và nhựa PVC, nâng cao độ bền kéo đứt và khả năng chịu thời tiết của vật liệu.

4. Khuyến khích xử lý kiềm bột gỗ trước khi biến tính TEOS nhằm loại bỏ lignin và tăng nhóm hydroxyl, giúp cải thiện hiệu quả biến tính và tính chất cơ học của compozit.

5. Triển khai thử nghiệm sản xuất quy mô công nghiệp trong vòng 1-2 năm tới, phối hợp giữa viện nghiên cứu và doanh nghiệp để đánh giá tính khả thi và hiệu quả kinh tế của vật liệu compozit PVC/BG biến tính.

6. Phát triển các sản phẩm ứng dụng trong ngành xây dựng và nội ngoại thất như tấm lát, cửa sổ, thanh profile, nhằm thay thế sản phẩm nhập khẩu, góp phần phát triển ngành công nghiệp vật liệu xanh tại Việt Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa môi trường, Vật liệu polymer: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu chi tiết về vật liệu compozit nhựa/gỗ, biến tính bề mặt và phân tích tính chất vật liệu.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và nội thất: Tham khảo để phát triển sản phẩm compozit PVC/BG thân thiện môi trường, giảm chi phí nguyên liệu và nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách môi trường: Hiểu rõ tiềm năng tận dụng phế liệu gỗ, giảm ô nhiễm và thúc đẩy phát triển vật liệu xanh, góp phần xây dựng nền kinh tế tuần hoàn.

4. Các viện nghiên cứu và trung tâm công nghệ vật liệu: Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các công nghệ biến tính bột gỗ, nâng cao hiệu quả gia công và tính năng sản phẩm compozit.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn nhựa PVC làm nền cho vật liệu compozit?
   PVC có tính phân cực cao, giúp tăng tương hợp với bột gỗ chứa nhóm hydroxyl, đồng thời có tính kìm hãm cháy, giá thành thấp và khả năng tái chế tốt, phù hợp cho ứng dụng xây dựng và nội thất.

2. Hàm lượng bột gỗ tối ưu trong compozit là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy hàm lượng 30% bột gỗ cân bằng tốt giữa tính chất cơ học và khả năng gia công, tránh khuyết tật do quá nhiều bột gỗ gây ra.

3. Biến tính bề mặt bột gỗ bằng TEOS có tác dụng gì?
   TEOS tạo liên kết hóa học và phủ hạt nano silica lên bề mặt bột gỗ, tăng diện tích tiếp xúc và tương hợp với nhựa PVC, cải thiện độ bền kéo và khả năng chịu thời tiết.

4. Xử lý kiềm bột gỗ có lợi ích gì?
   Loại bỏ lignin và tạp chất, tăng độ nhám bề mặt, làm tăng nhóm hydroxyl giúp liên kết với TEOS hiệu quả hơn, nâng cao tính chất cơ học của compozit.

5. Vật liệu compozit PVC/BG có thể ứng dụng trong lĩnh vực nào?
   Phù hợp cho ngành xây dựng (ván sàn, cửa, thanh profile), nội ngoại thất, giao thông vận tải và nông nghiệp, thay thế sản phẩm nhập khẩu và góp phần phát triển vật liệu xanh.

Kết luận

• Vật liệu compozit PVC/BG sử dụng bột gỗ keo tai tượng và nhựa PVC được chế tạo thành công với các tính chất cơ lý và nhiệt phù hợp ứng dụng xây dựng.
• Hàm lượng DOP 15% và bột gỗ 30% được xác định là tối ưu để cân bằng tính linh động và độ bền cơ học.
• Biến tính bề mặt bột gỗ bằng TEOS (3-5%) và xử lý kiềm giúp cải thiện đáng kể độ bền kéo đứt và khả năng chịu thời tiết của compozit.
• Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển vật liệu xanh, tận dụng phế liệu gỗ, giảm ô nhiễm môi trường và nâng cao giá trị kinh tế ngành chế biến gỗ.
• Đề xuất triển khai nghiên cứu sản xuất quy mô công nghiệp và phát triển sản phẩm ứng dụng trong 1-2 năm tới, kêu gọi hợp tác giữa viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Hãy tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng vật liệu compozit PVC/BG để góp phần xây dựng nền công nghiệp vật liệu bền vững và thân thiện môi trường tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu cho sự phát triển ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam với việc khai thác mỏ khí ở huyện Tiền Hải tỉnh Thái Bình và sự ra đời của Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Việt Xô. Theo số liệu của Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam, đến hết tháng 12 năm 2006, trên 235 triệu tấn dầu quy đổi đã được khai thác trong đó dầu thô đạt trên 205 triệu tấn và cung cấp 30 tỉ m3 khí cho sản xuất điện và các nhu cầu dân sinh khác. Hiện nay, tổng lượng dầu khí khai thác hằng năm đạt trung bình khoảng 20 triệu tấn quy đổi. Dầu khí đã có nhưng việc sử dụng tài nguyên quý báu này như hiện nay (bán 100% dầu thô và làm nhiên liệu 100% lượng khí) thì chưa thực sự hiệu quả.

Chính vì vậy, ngành Dầu khí và Hóa chất đã lập các chiến lược phát triển lâu dài cho bước chế biến và đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại các 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Quyết định 343/2005/QĐ-TTg ngày 26/12/2005 và 386/2006/QĐ-TTg ngày 09/3/2006. Các quyết định trên là việc cụ thể hóa đường lối phát triển ngành hóa dầu Việt Nam. Ở Việt Nam, cũng như tất cả các nước Đông Nam Á khác (kể cả Đài Loan), công ngiệp sản xuất nguyên liệu cho ngành nhựa đều khởi đầu từ PVC. Sơ đồ sau cho ta khái quát các bước phát triển của quá trình sản xuất PVC từ dầu mỏ và sự phát triển của ngành hóa dầu Việt Nam.

Sơ đồ phát triển ngành hóa dầu ở Việt Nam Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với sự hiện diện của liên doanh TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina). Đây là liên doanh giữa Công ty Cổ phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan (TPC), Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam (Vinachem) và Công ty Nhựa Việt Nam (Vinaplast). Nhờ liên doanh này lượng PVC nhập khẩu giảm từ 74.000 tấn vào năm 1999 và chỉ còn trên dưới 50.000 tấn vào những năm sau này.Công suất của TPC Vina là 100. Cuối năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai (Liên doanh giữa Petronas Malaysia với Bà Rịa – Vũng Tàu) có công suất 100.000 tấn/năm cũng bắt đầu tham gia vào thị trường.

8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Tình hình cung cầu nhựa PVC tại Việt Nam theo TPC Vina, Hiệp hội nhựa Việt Nam Nhựa polyvinyl clorua (PVC), là loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam. PVC có nhiều ưu điểm như giá thành rẻ, tính chất cơ lý tốt, bền với hóa chất, có tính chống cháy. So với các loại nhựa nhiệt dẻo khác như polypropylen (PP), polyethylen (PE)… thì PVC có một ưu điểm rất lớn, đó là độ phân cực cao do đó độ tương hợp giữa PVC và bột gỗ sẽ tốt hơn.

Đặc biệt PVC là nhựa nhiệt dẻo nên có khả năng tái sinh và ở điều kiện làm việc bình thường (nhiệt độ phòng, ánh sáng mặt trời…) compozit nhựa nhiệt dẻo PVC có độ độc hại rất thấp. Bột gỗ và bột gỗ keo tai tượng (BG) Giới thiệu chung về bột gỗ Bột gỗ sản xuất ra phục vụ chủ yếu cho ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam, Tuy nhiên với lượng phế phẩm dư thừa từ ngành chế biến lâm sản (sản xuất đồ gỗ mỹ nghệ, nội thất…) cũng được sử dụng sản xuất bột gỗ với mục đích xuất khẩu, đốt nhiên liệu, làm nhang hương… với hàm lượng giá trị kinh tế thấp. Các phương pháp sản xuất bột gỗ đang được sử dụng tại các cơ sở sản xuất bột gỗ chủ yếu là phương pháp cơ học (nghiền, mài) ngoài ra còn có các phương pháp 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] khác như hóa học (sử dụng các phản ứng hóa học đề phá vỡ liên kết của các sợi gỗ), bán hóa học (kết hợp phương pháp cơ học và hóa học). Phương pháp cơ bản để sản xuất bột cơ là phương pháp mài và nghiền.

Tuy nhiên, cả 2 phương pháp đều có 1 số giai đoạn cơ bản tương tự nhau như sau: Hình 1. Sơ đồ các giai đoạn trong sản xuất bột gỗ Bột gỗ thành phẩm được xuất khẩu đi các thị trường Đài Loan, Trung Quốc và một số nước Đông Nam Á. Bột gỗ thành phẩm có độ ẩm < 12%, tạp chất <1%, đóng gói bằng bao 50 kg hoặc ép bánh kích thước 30 x 40 x 40 cm, kích thước có nhiều loại từ 0, 1 – 1 mm. Các cơ cấu mài khác nhau của một số loại máy mài bột gỗ 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Giá bột gỗ keo xuất khẩu (USD/tấn) Thành phần hóa học chủ yếu của các loại bột gỗ thông thường bao gồm 3 loạipolyme tự nhiên là xenluloza, hemixenluloza và lignin, cấu trúc hóa học của các polyme đó được trình bày trong các hình 9, 10, 11: Hình 1. Cấu trúc hóa học của xenluloza O O H H H H H H H H H OH H H OCCH3 H CH3 CO HO O O O O O O O HO O O OH H HO O H H H H H H H H H H OH H H H OH O H COOH OCH3 H Hình 1. Cấu trúc hoá học của hemixenluloza 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] OCH 3 O O H 2C C OH CH 2 OCH 3 OCH 3 O O H 2C C O CH 2 OCH 3 Hình 1. Cấu trúc hóa học của lignin Trong các loại gỗ khác nhau, hàm lượng các chất thành phần của các polyme trên cũng khác nhau.

Trong bảng 1 trình bày thành phần của một số loại gỗ và sợi tự nhiên [8, 12] Bảng 1. Thành phần hóa học của một số cây keo tự nhiên Xenluloza Lignin Hemixenluloza Tro khoáng Loại / Địa điểm (%) (%) (%) (%) Keo lai Vĩnh Phúc 51,0 23,2 24,5 0,27 Keo tai tượng Vĩnh Phúc 49,0 25,5 23,8 0,19 Bạch đàn đỏ Vĩnh Phúc 45,5 24,7 23,1 0,339 Keo lai Nghệ An 49,0 24,8 21,7 0,29 Keo tai tượng Nghệ An 50,8 23,1 19,9 0,55 Bạch đàn đỏ Nghệ An 47,5 21,6 20,4 0,70 Keo lai Đồng Nai 50,5 24,5 23,0 0,33 Keo lá tràm Đồng Nai 47,5 25,5 19,5 0,40 Bạch đàn đỏ Đồng Nai 47,5 25,0 19,0 0,65 12 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Giới thiệu về bột gỗ keo tai tượng Cây gỗ keo tai tượng là dạng cây gỗ lớn, chiều cao có thể đạt tới 30 m. Đường kính có thể đạt được đến 120–150 cm. Ở Việt Nam, keo tai tượng được trồng rừng với mục đích chủ yếu là cải tạo môi trường sinh thái và sản xuất gỗ nhỏ, gỗ nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến bột giấy, gỗ ván dăm.

Một vài khảo nghiệm cho thấy, rừng giống ở Tuyên Quang sau trồng 24 tháng có tốc độ sinh trưởng chiều cao đạt 2,5 – 3m/năm và có thể cho khoảng 200–250 kg hạt giống/năm [12]. Ảnh gỗ, cây keo tai tượng Keo tai tượng là cây đa tác dụng, gỗ có giác lõi phân biệt, với tỷ trọng từ 0,5- 0,6, sợi dài 1-1,2 mm; dùng làm gỗ giấy, gỗ dăm, gỗ xẻ, đóng đồ mộc cao cấp, làm ván ghép thanh, bao bì,…. Gỗ có nhiệt lượng khá cao 4800 kcal/kg do đó cũng có thể dùng để đốt than, làm củi đun rất tốt. Là loài cây mọc nhanh, tán lá dày, thường xanh nên còn được trồng làm cây bóng mát ở công viên, đường phố.

Hoa có thể dùng để nuôi ong, vỏ chứa tananh dùng cho công nghệ thuộc da, lá cây có thể làm thức ăn cho gia súc. Rễ có nhiều nốt sần có khả năng cố định đạm rất tốt, nên Keo tai tượng nói riêng và các loài keo nói chung, ngoài việc sử dụng để trồng rừng sản xuất, rừng phòng hộ, còn được trồng ở những nơi có đất khô cằn, bị thoái hoá để tận dụng khả năng cải tạo đất của chúng. Rừng keo tai tượng trồng 10 tuổi ở nơi đất trung bình có thể cho 12 đến 15 m3/ha/năm, nơi đất tốt với xuất xứ phù hợp và trồng thâm canh có thể cho 18 đến 20, thậm chí đạt 25 m3/ha/năm. Tăng trưởng bình quân ở giai đoạn 10-13 tuổi đạt tới 13 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 24m3/ha/năm, ở Nam Phi rừng trồng bằng cây con từ hạt đạt 21,9 m3/ha/năm và từ các dòng vô tính đạt 30 m3/ha/năm.

Nếu kết hợp kinh doanh gỗ xẻ sau 15-18 năm khai thác gỗ dùng để đóng đồ mộc cao cấp nhất là cho xuất khẩu thì càng có giá trị cao, cũng vì vậy mà những năm gần đây nhiều nơi đã rất chú trọng trồng keo tai tượng nhất là ở các tỉnh phía Bắc như Tuyên Quang, Yên Bái, Phú Thọ, Quảng Ninh. Với những ưu điểm, tính phổ cập của loại gỗ keo này, luận văn đã lựa chọn bột gỗ cây keo tai tượng được sử dụng làm chất gia cường để chế tạo vật liệu compozit PVC/BG.Phụ gia gia cường silica Giới thiệu chung về phụ gia gia cường Phụ gia gia cường kích thước nanomet cho vật liệu compozit bột nhựa/gỗ nhiệt dẻo được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm trong những năm gần đây. Bột gỗ sau quá trình gia công chế tạo từ vật liệu gỗ tự nhiên ban đầu qua các công đoạn như băm, nghiền, xay, lọc… bề mặt bột gỗ xuất hiện nhiều khuyết tật như các vết rách, nứt, lồi lõm, tạo ra những lỗ rỗng kích thước vi mô. Vấn đề này làm giảm khả năng tiếp xúc và tương tác (tương tác pha yếu) giữa hai pha nhựa nền và bột gỗ khi phối trộn, do đó làm giảm tính chất và độ bền của vật liệu compozit.

Sử dụng phụ gia gia cường kích thước nanomet, với phương pháp phân tán phù hợp giữa vùng phân pha, các hạt vô cơ kích thước nanomet cơ lý tính tốt có khả năng lấp đầy các khuyết tật trên bề mặt bột gỗ, làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả năng tương hợp giữa pha phân tán và pha nền. Mỗi loại chất gia cường với những hàm lượng thích hợp có thể nâng cao một số tính năng nào đó của vật liệu. Các chất gia cường thường được sử dụng như than hoạt tính, silic dioxit (SiO2), sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi Kevlar clay, [15]. Giới thiệu Silic dioxit (SiO2) Trong các loại chất gia cường vô cơ được sử dụng trong công nghiệp, SiO2 là một trong những chất gia cường, tăng cường có hiệu quả cao nhất.

SiO2 được đưa vào trong vật liệu ở dạng bột mịn, được điều chế bằng phương pháp ướt hoặc bằng phương pháp sương mù. Kết quả một số công trình nghiên cứu sử dụng SiO2 gia 14 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] cường trong vật liệu polyme cho thấy tính chất cơ lý và khả năng cách điện của vật liệu được cải thiện đáng kể [15, 23]. Bột SiO2 còn được sử dùng như một chất phụ gia gia cường tốt cho vật liệu compozit.