Nghiên cứu sử dụng xơ da phế thải và xơ dệt để chế tạo vật liệu cao su compozit ứng dụng làm tấm trải sàn

TÍNH C Ấ P THI Ế T C Ủ A LU Ậ N ÁN

Ngành da giày trên thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ, với sản lượng từ 2,5 tỷ đôi vào năm 1950 lên 27 tỷ đôi vào năm 2020 Tuy nhiên, ngành công nghiệp này cũng tạo ra khoảng 660.000 tấn chất thải rắn mỗi năm Tại Việt Nam, ngành da giày đã đạt được nhiều thành tựu xuất khẩu đáng kể, đứng trong top 10 quốc gia xuất khẩu hàng đầu thế giới, và đứng thứ 2 tại châu Âu chỉ sau Trung Quốc Năng lực sản xuất hàng năm của Việt Nam vượt quá 1 tỷ đôi giày dép, hơn 300 nghìn túi xách và 300 triệu mét vuông da thuộc.

Ngành Da giầy hàng năm sản xuất hàng nghìn tấn chất thải rắn do tỷ lệ sử dụng nguyên liệu lên tới 70-80% Quản lý và xử lý chất thải trong ngành này đang trở thành một thách thức môi trường toàn cầu Các giải pháp như giảm sử dụng sản phẩm da, tái chế và kết hợp với vật liệu khác đã được đề xuất, nhưng vẫn là bài toán lớn cho xã hội Sự phát triển công nghệ sạch hơn trong ngành Da giầy nhằm giảm thiểu chất thải và tối ưu hóa công năng sử dụng da là cần thiết Tuy nhiên, việc tạo ra chất thải rắn, đặc biệt là da thuộc phế thải, vẫn không thể tránh khỏi và đang gia tăng cùng với quy mô sản xuất Việc thải bỏ da thuộc không chỉ gây ra vấn đề môi trường mà còn lãng phí nguồn nguyên liệu xơ collagen, thành phần chính của da thuộc, với những đặc tính mà vật liệu nhân tạo không thể thay thế.

Vật liệu polyme compozit gia cường bằng xơ sợi tự nhiên đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học Việc sử dụng các phế thải và phụ phẩm từ công nghiệp, nông nghiệp làm thành phần gia cường không chỉ tạo ra vật liệu với tính năng vượt trội mà còn giúp giảm chi phí sản xuất.

Tại Việt Nam, hầu hết chất thải rắn từ ngành da giày được đốt hoặc chôn lấp, dẫn đến ô nhiễm môi trường và lãng phí nguồn nguyên liệu quý giá Do đó, việc tái sử dụng da thuộc phế thải để sản xuất vật liệu mới đang trở thành mục tiêu quan trọng cho ngành da giày Việt Nam.

Việc nghiên cứu và phát triển giải pháp hiệu quả để tận dụng nguồn nguyên liệu xơ da phế thải và xơ dệt nhằm chế tạo vật liệu mới có ứng dụng thực tiễn là một hướng đi khả thi và cần thiết Dựa trên yêu cầu này và tiếp thu các kết quả nghiên cứu quốc tế, tác giả đã chọn hướng nghiên cứu cho luận án là “Nghiên cứu sử dụng xơ da phế thải và xơ dệt để chế tạo vật liệu cao su compozit ứng dụng làm tấm trải sàn.”

M Ụ C TIÊU NGHIÊN C Ứ U C Ủ A LU Ậ N ÁN

Tái sử dụng xơ da thuộc phế thải và xơ dệt là một phương pháp hiệu quả để chế tạo vật liệu polymer composite nền cao su, thông qua việc xác định chế độ gia công và công thức phối liệu phù hợp.

Vật liệu polyme compozit từ xơ da thuộc phế thải và xơ dệt dựa trên cao su có tiềm năng ứng dụng cao trong việc làm vật liệu trải sàn Đánh giá khả năng ứng dụng của loại vật liệu này cho thấy nó không chỉ thân thiện với môi trường mà còn mang lại hiệu suất vượt trội trong việc sử dụng Sự kết hợp giữa các thành phần tái chế giúp giảm thiểu chất thải và tạo ra sản phẩm bền vững, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về vật liệu xây dựng xanh.

ĐỐI TƯỢ NG VÀ PH Ạ M VI NGHIÊN C Ứ U C Ủ A LU Ậ N ÁN

Luận án nghiên cứu về các loại xơ da thuộc phế thải, bao gồm xơ da bò váng nhung, xơ phế thải polyamit 6 (PA6), xơ polyacrylonitril (PAN), latex cao su tự nhiên (CSTN), cao su acrylonitril butadien (NBR) cùng với các phụ gia khác.

Luận án được thực hiện tại Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang cùng với Trung tâm Công nghệ Polyme-compozit và Giấy, thuộc Viện Kỹ thuật Hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội, với quy mô nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại.

N Ộ I DUNG NGHIÊN C Ứ U C Ủ A LU Ậ N ÁN

Luận án tập trung vào các nội dung nghiên cứu chính bao gồm:

1 Nghiên cứu lựa chọn nền cao su phù hợp để chế tạo vật liệu polyme compozit sử dụng xơ da thuộc phế thải

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại xúc tiến lưu hóa đến tính chất của vật liệu polyme compozit sửdụng xơ da thuộc phế thải trên nền cao su

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện gia công vật liệu polyme compozit nền cao su và xơ da thuộc phế thải, xơ dệt

4 Nghiên cứu tăng cường khả năng tương hợp giữa xơ da thuộc phế thải và cao su NBR

5 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xơ da thuộc phế thải đến tính chất của vật liệu polyme compozit nền cao su

6 Nghiên cứu nâng cao tính chất của vật liệu polyme compozit xơ da thuộc phế thải/cao su bằng phương pháp lai tạo với xơ dệt.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U C Ủ A LU Ậ N ÁN

Phương pháp tổng quan tài liệu và bài báo từ các nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước được áp dụng để thu thập thông tin liên quan đến nội dung nghiên cứu.

- Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo các mẫu vật liệu trên các hệ thiết bị thí nghiệm chuyên dụng dành cho vật liệu polyme compozit.

- Kiểm tra phân tích và đánh giá các đặc trưng cơ lý và hình thái học của vật liệu theo các tiêu chuẩn quốc gia

- Sử dụng các phương pháp để đánh giá các kết quả đạt được.

Ý NGHĨA KHOA HỌ C C Ủ A LU Ậ N ÁN

Nghiên cứu trong luận án đã chỉ ra rằng cao su nitril là nguyên liệu lý tưởng để chế tạo vật liệu polyme compozit, sử dụng xơ da thuộc phế thải làm chất gia cường Hơn nữa, luận án cũng xác định được phương pháp xử lý hóa học bề mặt xơ da thuộc phế thải và hàm lượng thích hợp của chúng, nhằm tạo ra vật liệu polyme compozit với các tính chất cơ lý và tính chất nhiệt ưu việt.

Nghiên cứu về khả năng lai tạo giữa xơ dệt tổng hợp polyamit (PA6) và xơ da thuộc phế thải đã chỉ ra sự cải thiện đáng kể về các tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, khả năng thấm hút và khả năng chống lão hóa nhiệt Điều này không chỉ mang lại tính mới mẻ mà còn có giá trị khoa học cao Tuy nhiên, việc chế tạo vật liệu lai tạo giữa xơ dệt và xơ da phế thải vẫn chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào.

Luận án đã phân tích bản chất khoa học và đánh giá tác động của hàm lượng xơ da phế liệu cùng với xơ PA6, từ đó xác định tỷ lệ tối ưu để áp dụng trong sản xuất quy mô phòng thí nghiệm.

Luận án áp dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại như FTIR, TGA, DMA và DSC để kiểm tra các tính chất của mẫu thí nghiệm, đảm bảo rằng các kết luận đạt độ tin cậy cao.

NH ỮNG ĐIỂ M M Ớ I C Ủ A LU Ậ N ÁN

Hiển vi quang học phân cực pkl Phần khối lượng

Hiển vi điện tử quét SBR Butadiene Styrene rubber Cao su Butadien styren

Hiển vi điện tử truyền qua

Nhiệt độ thuỷ tinh hoá

Phân tích nhiệt trọng lượng

Tm Nhiệt độ nóng chảy

6PPD N-1,3-dimetylbutyl-N phenylparaphenylen diamin XNBR Carboxylate butadiene acrylonitrile rubber

Cao su Carboxylat butadien acrylonitril

XD/NBR Xơ da/NBR

WLB Waste Leather Buff Chất thải da ix

DANH M Ụ C CÁC HÌNH V Ẽ, ĐỒ TH Ị

Hình 1.1: Cấu trúc của da 7

Hình 1.2: Cấu tạo của các amino axit cơ bản tạo thành colagen 9

Hình 1.3: Liên kết peptit giữa hai axit amin 9

Hình 1.4: Cấu trúc mạch polypeptit đơn (a); Cấu trúc triple helix của colagen (b) 10

Hình 1.5: Mô hình các phân tử colagen khi hấp thụnước 11

Hình 1.6: Sơ đồ pha cắt da trung bình (a) và lớn (b) 13

Hình 1.7 minh họa sự hình thành liên kết hydro giữa các mạch PA khi hai mạch polyme ở gần nhau, với hai trường hợp: (a) mạch song song ngược chiều và (b) mạch song song cùng chiều.

Hình 1.8: Xơ dệt phế phẩm được thải bỏ sau quá trình dệt tại công ty TNHH Dệt và nhuộm Hưng Yên 18

Hình 1.9: Mạch đại phân tử 21

Hình 1.10: Mạch PAN bị cô lập 21

Hình 1.11: Mô hình hai pha cho PAN 22

Hình 1.12: Cấu trúc hạt mủ cao su 24

Hình 1.13: (a) mô tả cấu trúc của một chuỗi phân tử cao su; (b) Liên kết của protein và photpholipit trong cấu trúc latex CSTN 25

Hình 1.14: Cấu trúc mạch đại phân tử CSTN 26

Hình 1.15: Thành phần mủ cao su tự nhiên 27

Hình 1.16: Cấu trúc của cao su NBR 29

Hình 1.17: Hình ảnh sản phẩm được tạo từxơ da phế thải 34

Hình 1.18: Hình ảnh xơ da phế thải sau khi được nghiền 34

Hình 1.19: Các bước chuẩn bị vật liệu tổng hợp từxơ da phế thải và cao su 36

Hình 1.20: Đường cong lưu biến của hai vật liệu CSTN và CSTN/da 80 pkl 38

Hình 1.21: Ảnh chụp SEM của vật liệu 41

Hình 1.22: Ảnh chụp SEM của vật liệu tổng hợp: (a) NR, (b) NR /Lw20, 42

Hình 1.23: Phổ FTIR của vật liệu tổ hợp từ da với CSTN 43

Hình 1.24: Phổ FTIR-ATR của vật liệu WLB, PLA và WLB/PLA 43

Hình 1.25 trình bày giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của xơ da thuộc phế thải và các hợp chất dựa trên NBR, bao gồm cả mẫu có và không có da thuộc phế thải.

Hình 1.26: Phân tích TGA của vật liệu tổ hợp từ da 45

Hình 1.27: Ảnh hưởng của hỗn hợp da 5và 30 pkl đối với khảnăng phân hủy sinh học của lưu hóa NBR trong đất 46

Hình 1.28: Ảnh chụp SEM mẫu vật liệu compozit PA6/da thuộc phế thải ở tỷ lệ bột da 4% và 12% với mức độphóng đại 500 lần 53

Hình 2.1: Khuôn cắt mẫu đo dộ bền kéo 65 x

Hình 2.2: Khuôn cắt mẫu đo độ bền xé 67

Hình 2.3: Mô phỏng máy đo độ cứng của mẫu 67

Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm nén dư với biến dạng không đổi 68

Hình 2.5 Máy trộn kín Labo Plastomill 4M150 69

Hình 2.6 Máy đo độ bền kéo INSTRON 69

Hình 2.7 Kính hiển vi điện tử quét – SEM 70

Hình 2.8 Máy đo mài mòn APGI của GOTECH 70

Hình 2.9 Máy xác định đặc trưng 70

Hình 2.10 Máy đo độ cứng Shore A 70

Hình 2.11: Thiết bịđo cơ động lực DMA 8000 71

Hình 2.12: Sơ chếxơ da thuộc phế thải 71

Hình 2.13: Quy trình chế tạo vật liệu Xơ da/CSTN 72

Hình 2.14: Quy trình chế tạo mẫu xơ da phế thải trên nền cao su NBR 73

Hình 3.1 so sánh các tính chất cơ học của vật liệu xơ da/CSTN và xơ da/NBR, bao gồm độ bền kéo, độ bền xé, độ cứng và độ mài mòn.

Hình 3.2: Ảnh chụp SEM bề mặt bị kéo đứt giữa xơ da và nền cao su 81

Hình 3.3: Đường cong lưu hóa của XD/NBR sử dung các loại xúc tiến khác nhau 84

Hình 3.4: Mật độ liên kết mạng của các mẫu sử dụng các xúc tiến khác nhau 86

Hình 3.5: Ảnh hưởng của loại xúc tiến đến tính chất cơ học của mẫu xơ da/NBR 87

Hình 3.6: Ảnh hưởng của loại xúc tiến đến độ mài mòn 88

Hình 3.7: Ảnh SEM bề mặt mài mòn của mẫu NBR/xơ da với các hệ xúc tiến 89

Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn tới tính chất của vật liệu XD/NBR 93

Hình 3.9: Đường cong lưu hóa của cao su xơ da/NBR với các nhiệt độlưu hóa 95

Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính chất cơ học của vật liệu 96

Hình 3.11: Biểu đồ của ảnh hưởng của hàm lượng xơ da tới quá trình lưu hoá 98

Hình 3.12: Đường cong ứng suất-biến dạng với hàm lượng xơ da khác nhau 99

Hình 3.13: Ảnh hưởng của tỷ lệxơ da đến độ bền xé của vật liệu tổ hợp 100

Hình 3.14: Ảnh hưởng của hàm lượng xơ da đến độ cứng của vật liệu tổ hợp 101

Hình 3.15: Vòng trễ với tỷ lệ xơ da/NBR trong chu kỳđầu tiên 101

Hình 3.16: Ảnh SEM của bề mặt gãy vật liệu xơ da/NBR ở các độphóng đại 100, 300 và 1000 lần: A) 20 pkl và B) 50 pkl, C) 60 pkl 104

Hình 3.17: Ảnh hưởng của hàm lượng xơ da đến sựtrương nở của vật liệu trong toluen 105

Hình 3.18: Ảnh hưởng của hàm lượng xơ da đến sựtrương nở của vật liệu trong 105

Hình 3.19: Phổ IR của xơ da chưa xửlý và xơ da sau xử lý 107

Hình 3.20: Ảnh SEM xơ da ở mức độphóng đại 5000 lần 109 xi

Hình 3.21: Độ hấp thụ nước của mẫu xơ da/NBR chưa xử lý và xử lý với các loại hoá chất khác nhau 111

Hình 3.22: Xơ dệt tổng hợp (a): Xơ PA6; (b): Xơ PAN 113

Hình 3.23: Ảnh SEM của 2 loại xơ PA và PAN ởđộphóng đại 2000 lần 113

Hình 3.24: Ảnh hưởng của loại xơ dệt đến độ bền độ bền cơ học của vật liệu 115

Hình 3.25: Cấu trúc bề mặt kéo đứt của vật liệu (A, A’:PA6/XD/NBR) và (B, B’: PAN/XD/NBR) ởđộphóng đại 100 và 300 lần 116

Hình 3.26: Ảnh hưởng của chiều dài xơ PA đến tính chất cơ học của vật liệu 118

Hình 3.27: Sơ đồ biểu diễn của mạng cao su liên kết với các sợi 119

Hình 3.28: Ảnh hưởng của tỷ lệ xơ PA6 và xơ da đến tính chất cơ học của vật liệu PA6/XD/NBR 120

Hình 3.29: Ảnh hưởng của tỷ lệxơ lai tạo đến vòng trễ của vật liệu 121

Hình 3.30: Ảnh hưởng của tỷ lệxơ lai tạo đến độnén dư của các mẫu vật liệu 122

Hình 3.31: Ảnh hưởng của tỷ lệxơ lai tạo đến độ mài mòn của vật liệu 123

Hình 3.32: Độtrương nở của các mẫu vật liệu trong toluen………124

Hình 3.33: Giản đồ phân tích nhiệt khối lượng của các mẫu NBR, XD/NBR và PA6/XD/NBR 126

Hình 3.34: Giản đồ DSC của các mẫu vật liệu NBR, XD/NBR và PA/XD/NBR 127

Hình 3.35: Giản đồ DMA của các mẫu vật liệu 129

Hình 3.36: Hình ảnh mẫu vật liệu PA6/XD/NBR………132

Hình 3.37: Hình ảnh sản phẩm mẫu vật liệu thử nghiệm theo tiêu chí độ ổn định kích thước của TCVN 12062: 2017 132 xii

Bảng 1.1: Tỷ lệ sử dụng vật liệu da thuộc theo cấp chất lượng trong chi tiết giầy 13

Bảng 1.2: Các thông sốcơ bản của cấu trúc tinh thể dạng 𝜶𝜶 và 𝜸𝜸 của Nylon 6 16

Bảng 1.3: Quy trình xơ polyamit trở thành phế phẩm tại công ty TNHH Dệt và nhuộm Hưng Yên 18

Bảng 1.4: Tính chất vật lý của CSTN 27

Bảng 1.5: Tính chất cơ lý của CSTN 28

Bảng 1.6: Tính chất của cao su NBR theo hàm lượng acrylonitril tăng dần 30

Bảng 1.7: Thông sốlưu biến của vật liệu tổng hợp 38

Bảng 1.8: Đơn công nghệ gia công sản phẩm xơ da và cao su 47

Bảng 1.9: Giá trịđộ bền kéo và biến dạng của hỗn hợp 48

Bảng 1.10: Một số nội dung đánh giá vật liệu trải sàn 54

Bảng 1.11: Một sốđặc tính của vật liệu trải sàn từ cao su và sợi dệt trên thịtrường Việt

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của xơ da thuộc phế thải 59

Bảng 2.2: Thành phần nguyên tốcó trong xơ da thuộc phế thải 59

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của Latex CSTN 60

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của cao su nitril 60

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của polyamit 6 (PA6) 61

Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của xơ acrylic (PAN) 61

Bảng 2.7: Các thông số của dung môi trong thí nghiệm trương nở 64

Bảng 2.8: Thành phần đơn chế tạo vật liệu xơ da/ CSTN 72

Bảng 2.9: Thành phần đơn chế tạo vật liệu xơ da/NBR 73

Bảng 2 10: Thành phần đơn chế tạo vật liệu xơ dệt/xơ da/cao su 75

Bảng 3.1: So sánh độtrương nở trong dung môi toluen của vật liệu sử dụng 2 loại cao su nền là CSTN và cao su NBR 80

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của loại xúc tiến tới đặc trưng lưu hoá của vật liệu 84

Bảng 3.3: Sự phụ thuộc của mật độ mạng vào loại xúc tiến 85

Bảng 3.4: Đơn công nghệ chế tạo vật liệu xơ da/NBR 90

Bảng 3.5: Ký hiệu mẫu tương ứng với hệ sốđiền đầy 91

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của sựđiền đầy đến độ bền cơ học của vật liệu xơ da/NBR 91

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độđến đặc trưng của quá trình lưu hoá của vật liệu xơ da/NBR 94

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng xơ da đến tính chất lưu hóa 97

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của hàm lượng xơ da đến độ bền kéo 99

Bảng 3.10: Đơn công nghệ I.1 gia công vật liệu xơ da/NBR 106

Bảng 3.11: Cường độ pic của các mẫu xơ da 108 xiii

Bảng 3.12: Tính chất cơ học của vật liệu xơ da/NBR sử dụng xơ da chưa xửlý và xơ da đã xử lý hoá học 110

Bảng 3.13: Ảnh hưởng của 2 loại xơ dệt PA và PAN đến đặc trưng lưu hoá 114

Bảng 3.14: Ảnh hưởng của chiều dài xơ đến các đặc trưng lưu hoá của vật liệu PA/XD/NBR 117

Bảng 3.15: Một số thông số về nhiệt độ phân huỷ của các mẫu vật liệu 125

Bảng 3.16: Tính chất cơ nhiệt động của vật liệu 128

Bảng 3.17: Hệ số lão hoá nhiệt của các mẫu vật liệu 130

Bảng 3.18: Kết quả thử nghiệm một số tiêu chí chất lượng thảm trải sàn theo TCVN 12062: 2017 131

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Ngành da giày toàn cầu đã chứng kiến sự tăng trưởng ấn tượng, với sản lượng từ 2,5 tỷ đôi năm 1950 lên 27 tỷ đôi vào năm 2020 Tuy nhiên, ngành này cũng tạo ra khoảng 660.000 tấn chất thải rắn mỗi năm Tại Việt Nam, ngành da giày đã có những thành tựu đáng kể trong xuất khẩu, đứng trong top 10 quốc gia xuất khẩu hàng đầu thế giới và xếp thứ hai tại thị trường châu Âu chỉ sau Trung Quốc Năng lực sản xuất hàng năm của ngành đạt trên 1 tỷ đôi giày dép, hơn 300 nghìn túi, cặp và trên 300 triệu mét vuông da thuộc.

Ngành Da giầy hàng năm thải ra hàng nghìn tấn chất thải rắn do tỷ lệ sử dụng nguyên liệu lên tới 70-80% Quản lý và xử lý chất thải từ ngành này đã trở thành vấn đề môi trường toàn cầu, với nhiều giải pháp được đề xuất như giảm sử dụng sản phẩm da, tái chế và phục hồi sản phẩm, hoặc kết hợp với vật liệu khác để tạo ra sản phẩm mới Điều này thúc đẩy ngành công nghiệp Da giầy phát triển công nghệ sạch hơn nhằm giảm thiểu chất thải và tối đa hóa công năng sử dụng da Tuy nhiên, việc tạo ra chất thải rắn là không thể tránh khỏi khi quy mô sản xuất ngày càng tăng Trong đó, da thuộc phế thải chiếm tỷ lệ lớn, không chỉ gây ra vấn đề môi trường mà còn lãng phí nguồn nguyên liệu collagen quý giá, với những tính năng đặc biệt mà vật liệu nhân tạo không thể thay thế.

Vật liệu polyme compozit gia cường bằng xơ sợi tự nhiên đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu Việc sử dụng các phế thải và phụ phẩm từ công nghiệp, nông nghiệp làm thành phần gia cường không chỉ tạo ra vật liệu có tính năng vượt trội mà còn giúp giảm chi phí sản xuất.

Tại Việt Nam, hầu hết chất thải rắn từ ngành da giày hiện nay đều bị đốt hoặc chôn lấp, dẫn đến ô nhiễm môi trường và lãng phí nguồn nguyên liệu quý giá Mục tiêu quan trọng của ngành da giày Việt Nam là xử lý da thuộc phế thải theo hướng tái sử dụng để chế tạo vật liệu mới.

Việc nghiên cứu để phát triển giải pháp hiệu quả nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu xơ da phế thải và xơ dệt để chế tạo vật liệu mới có ứng dụng thực tiễn là cần thiết và cấp bách Dựa trên yêu cầu này và các kết quả nghiên cứu từ các nhóm trên thế giới, tác giả đã chọn hướng nghiên cứu cho luận án là “Nghiên cứu sử dụng xơ da phế thải và xơ dệt để chế tạo vật liệu cao su composite ứng dụng làm tấm trải sàn.”

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Tái sử dụng xơ da thuộc phế thải và xơ dệt là một phương pháp hiệu quả để chế tạo vật liệu polyme composite nền cao su, dựa trên việc xác định chế độ gia công và công thức phối liệu phù hợp.

Đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu polyme compozit từ xơ da thuộc phế thải và xơ dệt trên cơ sở cao su cho việc sản xuất vật liệu trải sàn Việc sử dụng các nguyên liệu phế thải này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có độ bền cao và tính năng thân thiện với người sử dụng Polyme compozit từ xơ da thuộc và xơ dệt mang lại giải pháp hiệu quả cho ngành công nghiệp vật liệu xây dựng.

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm xơ da thuộc phế thải từ bò váng nhung, xơ phế thải polyamit 6 (PA6), xơ polyacrylonitril (PAN), latex cao su tự nhiên (CSTN), cao su acrylonitril butadien (NBR) và các phụ gia khác.

Luận án được thực hiện tại Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang, cùng với Trung tâm Công nghệ Polyme - Compozit và Giấy, thuộc Viện Kỹ thuật Hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội, với quy mô nghiên cứu tại phòng thí nghiệm và trang thiết bị hiện đại.

IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Luận án tập trung vào các nội dung nghiên cứu chính bao gồm:

1 Nghiên cứu lựa chọn nền cao su phù hợp để chế tạo vật liệu polyme compozit sử dụng xơ da thuộc phế thải

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại xúc tiến lưu hóa đến tính chất của vật liệu polyme compozit sửdụng xơ da thuộc phế thải trên nền cao su

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện gia công vật liệu polyme compozit nền cao su và xơ da thuộc phế thải, xơ dệt

4 Nghiên cứu tăng cường khả năng tương hợp giữa xơ da thuộc phế thải và cao su NBR

5 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xơ da thuộc phế thải đến tính chất của vật liệu polyme compozit nền cao su

6 Nghiên cứu nâng cao tính chất của vật liệu polyme compozit xơ da thuộc phế thải/cao su bằng phương pháp lai tạo với xơ dệt

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Phương pháp tổng quan tài liệu được áp dụng để phân tích các bài báo và nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, nhằm làm rõ nội dung nghiên cứu.

- Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo các mẫu vật liệu trên các hệ thiết bị thí nghiệm chuyên dụng dành cho vật liệu polyme compozit.

- Kiểm tra phân tích và đánh giá các đặc trưng cơ lý và hình thái học của vật liệu theo các tiêu chuẩn quốc gia

- Sử dụng các phương pháp để đánh giá các kết quả đạt được.

VI Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

Nghiên cứu trong luận án đã chỉ ra rằng cao su nitril là vật liệu nền lý tưởng cho việc sản xuất polyme compozit, trong đó xơ da thuộc phế thải được sử dụng làm chất gia cường Đồng thời, luận án cũng xác định được phương pháp xử lý hóa học bề mặt xơ da thuộc phế thải và hàm lượng tối ưu của chúng, từ đó tạo ra các vật liệu polyme compozit với tính chất cơ lý và tính chất nhiệt vượt trội.

Nghiên cứu về khả năng lai tạo giữa xơ dệt tổng hợp polyamit (PA6) và xơ da thuộc phế thải cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, khả năng thấm hút và khả năng chống lão hóa nhiệt Việc phát triển vật liệu lai tạo từ xơ dệt và xơ da phế thải chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào, mở ra tiềm năng nghiên cứu mới với tính ứng dụng cao.

K Ế T C Ấ U C Ủ A LU Ậ N ÁN

Luận án gồm 3 chương chính:

- Chương 2 Phương pháp nghiên cứu

- Chương 3 Kết quả và thảoluận

TỔ NG QUAN

T ổ ng quan chung v ề v ậ t li ệ u polyme compozit

1.1.1 Khái niệm về vật liệu polyme compozit

Vật liệu polyme compozit (PC) là loại vật liệu gồm hai hoặc nhiều pha, trong đó pha liên tục là polyme Dựa vào tính chất ứng xử của vật liệu nền ở nhiệt độ cao, PC được phân chia thành ba loại khác nhau.

PC nền nhựa nhiệt dẻo là loại nhựa có cấu trúc phân tử mạch thẳng và khối lượng phân tử lớn (105 – 106 đvC), với các liên kết vật lý giữa các phân tử Khi được gia công ở nhiệt độ cao, nhựa nhiệt dẻo chỉ đơn thuần nóng chảy mà không xảy ra phản ứng hóa học, điều này giúp cho PC nền nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh dễ dàng thông qua quá trình làm nóng chảy.

PC nền nhựa nhiệt rắn là loại nhựa có dạng oligome với khối lượng phân tử từ 1000 đến 1500 đvC Trong quá trình gia công, phản ứng hóa học gọi là phản ứng đóng rắn xảy ra, tạo ra mạng không gian liên kết các phân tử Nhờ vào mật độ mạng không gian lớn, loại nhựa này có độ bền cơ học cao, cứng vững nhưng lại giòn Do có các liên kết hóa học trong mạng không gian, PC nền nhựa nhiệt rắn không thể tái chế bằng cách làm nóng chảy.

PC nền cao su là một loại nhựa nhiệt rắn, không thể tái chế bằng cách nung chảy Sự khác biệt giữa PC nền nhựa nhiệt rắn và nền cao su nằm ở mật độ mạng không gian giữa các phân tử, với cao su có mật độ mạng rất thấp.

PC nền cao su vẫn giữđược gần như nguyên vẹn các tính chất dẻo – đàn hồi của cao su ban đầu trước khi lưu hóa [1]

1.1.2 Vật liệu compozit nền cao su

Về thực chất, cao su lưu hóa là một hệ compozit nhiều cấu tử Các thành phần không cao su trong PC có thể chia làm ba nhóm [2]:

- Nhóm các chất thúc đẩy và kiểm soát quá trình khâu mạch (lưu hóa), bao gồm lưu huỳnh và các chất xúc tiến, trợ xúc tiến;

- Nhóm các chất ức chế quá trình lão hóa và phân hủy cao su do môi trường xung quanh, tức là các chất phòng lão;

Nhóm các chất tạo ra và nâng cao tính chất của vật liệu, đặc biệt là các tính chất cơ học, bao gồm các chất độn và chất gia cường Những chất này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ bền của vật liệu.

Vật liệu cao su kỹ thuật thường bao gồm ba nhóm chất chính, do đó, nghiên cứu nhằm nâng cao tính chất của cao su thực chất là nghiên cứu về PC nền cao su và mối tương quan ảnh hưởng của các nhóm chất này.

Khi đánh giá tác động của các chất gia cường đối với tính chất cơ học của PC nền cao su, thường người ta mặc định rằng các tính chất cơ học như độ bền và độ biến dạng của vật liệu này là yếu tố quan trọng.

Trong quá trình gia công, 6 chất này không thay đổi đáng kể Ảnh hưởng của chất gia cường đến độ bền của PC nền cao su được thể hiện qua hai quá trình chính.

Tương tác giữa chất gia cường và nền cao su đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng chịu lực của vật liệu PC Sự tương tác hiệu quả giúp chuyển giao ứng suất từ pha nền sang pha gia cường, từ đó nâng cao tính năng cơ học của sản phẩm.

Chất gia cường có thể ảnh hưởng đến quá trình khâu mạch cao su, làm tăng mật độ mạng không gian và cải thiện độ bền Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chất gia cường có thể hấp phụ hoặc ức chế nhóm lưu hóa, dẫn đến giảm mật độ mạng lưu hóa Do đó, cần bổ sung nhóm lưu hóa phù hợp để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

Hiện nay, các loại chất gia cường tự nhiên đang thu hút sự chú ý của các nhà khoa học, với nhiều nghiên cứu về sợi tự nhiên như sợi đay, dừa, chuối, vỏ ngô, tre, nứa, gỗ và da thuộc phế thải Những sợi này được xem xét trong việc chế tạo, xử lý và ứng dụng làm sợi gia cường cho vật liệu composite Nhiều nhà nghiên cứu đã tìm cách tái sử dụng các loại vật liệu này cho nhiều mục đích khác nhau.

T ổ ng quan v ề da thu ộ c, ph ế th ả i da thu ộ c trong s ả n xu ấ t s ả n ph ẩ m da gi ầ y

1.2.1 Cấu trúc chung của da thuộc

Bộ da động vật được cấu tạo từ nhiều lớp, bao gồm lớp lông phủ, lớp biểu bì, lớp bì và lớp thịt bạc nhạc dưới da Trong cấu trúc da còn có các tuyến mồ hôi, tuyến mỡ, dây thần kinh, mạch máu và cơ Trong sản xuất da thuộc, chỉ phần bì được sử dụng, trong khi đó, sản xuất da lông tận dụng cả lớp bì, biểu bì và lông.

Lớp biểu bì là lớp bề mặt nằm dưới lớp lông phủ, được cấu tạo từ các dãy tế bào sừng Độ dày của lớp biểu bì ở động vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó động vật có lớp lông phủ kém phát triển thường sở hữu lớp bì dày hơn Tùy thuộc vào mức độ phát triển, biểu bì có thể gồm từ hai đến sáu lớp và không có ranh giới rõ ràng với lớp bì.

Lớp bì là lớp chính của da nằm dưới lớp biểu bì, chiếm 80-90% độ dày của da Nó được cấu tạo từ sự đan xen phức tạp của các sợi collagen và sợi đàn hồi, chủ yếu là protein có cấu trúc sợi Lớp bì được chia thành hai phần rõ rệt: lớp nhú (papillary layer) và lớp lưới (reticular layer).

Lớp nhú nằm tiếp giáp với lớp biểu bì, có bề mặt nhẵn và phẳng nhờ các bó xơ mịn được kết chặt với nhau, còn được gọi là lớp cật (grain) Trong lớp nhú chứa nhiều túi chân lông, tuyến mồ hôi và tuyến mỡ Các chùm xơ collagen trong lớp nhú mảnh hơn và hướng gần như song song với các túi chân lông Tại vị trí phân giới với biểu bì, các chùm xơ collagen đặc biệt mảnh, đan xen chặt chẽ với nhau, tạo thành lớp biểu bì với độ dày khoảng ẩm.

Lớp lưới được hình thành từ nhiều chùm xơ collagen đan xen, tạo nên một cấu trúc chặt chẽ và bền bỉ Độ dày của lớp lưới này gia tăng đáng kể theo tuổi tác của động vật.

Hầu hết các loại thú có lông dày đều sở hữu lớp lưới collagen không quá dày, với các sợi collagen đan xen và phân bố dưới một góc nhỏ, tạo nên cấu trúc khá xốp.

Tỷ lệ các lớp của lớp bì thay đổi theo loại động vật, vị trí trên cơ thể, điều kiện nuôi và thời gian giết mổ Cấu trúc của các bộ da động vật khác nhau được đặc trưng bởi sự đan xen của các chùm sợi collagen.

Hình 1.1: Cấu trúc của da [9]

1.2.2 Cấu tạo và tính chất da thuộc

Thành phần hóa học của da nguyên liệu gồm có 4 phần chính là: nước, các chất khoáng, các chất béo, protein [9]

Hàm lượng nước trong da phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất béo, tuổi tác và loài động vật Da động vật trẻ thường chứa nhiều nước hơn so với da của động vật già Đặc biệt, trong da bò, nước chiếm khoảng 60% và chủ yếu tập trung ở lớp trung bì Lớp biểu bì và bạc nhạc có hàm lượng nước thấp hơn Nước trong da được chia thành hai loại.

Các khoáng chất, chiếm khoảng 0,5% khối lượng của da, tồn tại dưới dạng muối vô cơ của nhiều kim loại khác nhau như mangan (Mn).

Cu, Fe, Al, Si, Mg… Các khoáng chất này hầu như không ảnh hưởng đến quá trình thuộc da

Các chất béo trong da động vật bao gồm các este, sáp và rượu bậc cao, với hàm lượng từ 10-35 chức Hàm lượng chất béo này có mối liên hệ chặt chẽ với hàm lượng nước trong da, phụ thuộc vào chế độ chăn nuôi và khí hậu Các chất béo đóng vai trò quan trọng, thường tập trung chủ yếu ở lớp trung bì và lớp bạc nhạc.

Chất béo trong da là este của axit béo và rượu béo với H3PO4 hoặc glyxerin, thường xuất hiện dưới dạng hợp chất hữu cơ phức tạp như photpholipit.

8 triglixerit Ở các nước có khí hậu lạnh, các chất béo có trong da thường là những axit béo loại không no ở dạng lỏng, điển hình là axit ôlêic C17H33COOH

Ở các nước có khí hậu nóng, chất béo trong da chủ yếu chứa axit panmitic và stearic ở dạng rắn như sáp Những chất béo này liên kết chặt chẽ với sợi da thông qua các mối liên kết bền vững Để tách chúng ra, cần thực hiện quá trình thủy phân sơ bộ bằng axit nhằm phá hủy các liên kết này.

Protein của da được chia thành hai phần chính: phần có cấu tạo xơ và phần không có cấu tạo xơ Phần protein có cấu tạo xơ bao gồm collagen, reticular và elastin, đóng vai trò là thành phần cơ bản của da Trong khi đó, phần protein không có cấu tạo xơ bao gồm albumin tan trong nước và globulin không tan trong nước, nằm giữa các khoảng trống của collagen.

Hàm lượng protein trong da tươi đạt 30-32%, trong khi đó, hàm lượng collagen trong da khô lên tới 80% Khi nhiệt độ tăng, sợi collagen sẽ co lại, nhưng nếu được đun nóng, chúng sẽ nở ra và hòa tan trong nước, tạo thành hệ gelatin.

1.2.2.1 Cấu tạo của colagen Độ bền của vật liệu da phụ thuộc vào đặc điểm của colagen như: cấu trúc phân tử của colagen, bản chất của liên kết ngang giữa các colagen, kích thước bó xơ colagen, và sự định hướng colagen Hầu hết các xơ colagen là dị hướng Sự dịhướng đó là kết quả của các hoạt động cơ học và sựtăng trưởng thể tích da của động vật [10]

Về mặt hóa học, colagen được cấu tạo chủ yếu từ các nguyên tố: Cacbon (chiếm 47- 49%); Hydro (chiếm 6,57-7%); Oxy (chiếm 28,15-29,96%); Nitơ (chiếm 17-18,6%)

Khối lượng phân tử trung bình của colagen khoảng 40.000 đvC

T ổ ng quan v ề m ộ t s ố lo ại xơ dệ t t ổ ng h ợ p và xơ phế t ừ quá trình d ệ t

Xơ sợi tổng hợp, đặc biệt là xơ polyamit (PA) và xơ polyacrylonitril (PAN), mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp dệt may nhờ vào tính chất vượt trội như không phụ thuộc vào thời tiết, giá thành thấp và khả năng đáp ứng nhu cầu sản xuất cao Các loại xơ này không chỉ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng tiêu dùng và kỹ thuật mà còn có cường lực lớn, tính đàn hồi cao, độ bền cơ lý tốt và độ ma sát lớn, cho phép chúng được ứng dụng trong các vật liệu compozit nhằm tăng cường độ bền cho sản phẩm.

1.3.1.1 Cấu trúc và tính chất của polyamit

Polyamit là một loại polyme đặc trưng bởi sự hiện diện của nhóm amit (-CONH-) trong cấu trúc phân tử Polyamit được hình thành thông qua quá trình phản ứng trùng ngưng từ ba nguồn chính: diamin và diaxit, 𝜔-amino axit, và lactam.

Tùy thuộc vào số nguyên tử carbon x, y trong các phương trình (1) – (3), có nhiều loại polyamit khác nhau như PA4,6, PA6,6, PA6,9, PA6,10, PA6,12, PA6, PA11, PA12 Ngoài ra, còn có một số loại polyamit chứa vòng benzen trong mạch polymer như MXD6 (poly(m-xylylen adipamit)) và TMDT (poly(trimetylhexametylen terephtalamit)).

Polyamit mạch thẳng, nổi bật nhất là Nylon 6, được tổng hợp từ 𝜀-caprolactam, là một loại nhựa kỹ thuật với nhiều tính chất ưu việt như bền với dung môi hydrocabon, chịu mài mòn và mỏi tốt, dẻo dai, ổn định ở nhiệt độ cao, khả năng chống cháy, dễ gia công và có bề mặt sản phẩm đẹp Tính chất của polyamit thay đổi tùy thuộc vào từng loại, và sự khác biệt này chủ yếu do nhóm amit -CONH- tạo ra liên kết hydro giữa các mạch polymer Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của polyamit tăng khi tỷ lệ nhóm CONH/CH2 trong mạch tăng lên, nhưng còn phụ thuộc vào số lượng nhóm CH2 nằm giữa hai nhóm -CONH- là số lẻ hay số chẵn Nếu số lượng nhóm CH2 là lẻ, như trong PA6 với 5 nhóm CH2, có hai khả năng xảy ra: hai phân tử polymer có hướng song song ngược chiều cho phép đa số nhóm -CONH- tạo liên kết hydro, trong khi hai phân tử có hướng song song cùng chiều chỉ một phần nhóm -CONH- tạo liên kết hydro.

Khi số nhóm CH2 là số chẵn, như trong trường hợp PA66 với 4 và 6 nhóm CH2 giữa các nhóm -CONH-, nếu hai phân tử polymer song song cùng chiều, toàn bộ nhóm -CONH- có khả năng tạo liên kết hydro Ngược lại, nếu hai phân tử polymer song song ngược chiều, chỉ cần một đoạn mạch linh động dịch chuyển để tăng số liên kết hydro hình thành Ví dụ điển hình là PA66, khi một đoạn mạch mềm dẻo làm đảo ngược thứ tự 4 nhóm CH2.

CH2 và 6 nhóm CH2 tạo ra các đoạn mạch song song, dẫn đến việc tăng số lượng liên kết hydro giữa các mạch gần nhau Điều này giải thích tại sao PA66 có nhiệt độ nóng chảy và hàm lượng tinh thể cao hơn so với PA6.

Polyamit 6 (Nylon 6) là polyme bán tinh thể, có cấu trúc đa hình phức tạp gồm hai dạng tinh thể chính là 𝛼𝛼 và 𝛾𝛾 [19-24] Sự khác biệt cơ bản giữa hai dạng tinh thể là mức

Độ xếp chặt của phân tử polyme có vai trò quan trọng trong cấu trúc tinh thể Tinh thể α có cấu trúc một nghiêng với liên kết hydro giữa hai mạch song song ngược chiều nhau Trong khi đó, tinh thể γ cũng có cấu trúc một nghiêng, nhưng các mạch polyme xoắn lại tạo thành mặt phẳng zíc zắc, cho phép hình thành liên kết hydro giữa hai mạch song song cùng chiều, dẫn đến mật độ xếp chặt cao hơn và cấu trúc giả lục giác (pseudo-hexagonal).

H 2 C Mắt xích cơ bản Đơn vị cấu trúc tinh thể

Hình 1.7 mô tả quá trình hình thành liên kết hydro giữa các mạch PA khi hai mạch polymer ở gần nhau, bao gồm hai trường hợp: (a) mạch song song ngược chiều và (b) mạch song song cùng chiều [24].

Tinh thể Nylon 6 có hai dạng chính là 𝛼 và 𝛾, trong đó tinh thể 𝛼 ổn định hơn do có chiều dài liên kết hydro ngắn hơn Tinh thể 𝛼 thường hình thành từ quá trình làm nguội chậm từ trạng thái nóng chảy, trong khi tinh thể 𝛾 được tạo ra trong quá trình biến dạng đơn hướng hoặc làm lạnh nhanh từ trạng thái nóng chảy.

Bảng 1.2: Các thông số cơ bản của cấu trúc tinh thể dạng 𝜶𝜶 và 𝜸𝜸 của Nylon 6 [25]

Mặt phản xạ tinh thể

Một nghiêng a = 0,956 nm b = 1,724 nm (trục sợi) c = 0,801

Lục giác/giả lục giác a = 0,472 nm a c = 1,688 nm a

Vị trí góc nhiễu xạtia Rơnghen

Nhiệt độ nóng chảy, ∆Hf o (J/g) d002+202≈ 0,440 nm

2𝜃𝜃 $ o của (002/202) 1,23 (thực nghiệm) 1,23 (thực nghiệm)

2𝜃𝜃 # o của (200/201) 1,16-1,1 (thực nghiệm) 1,16 (lý thuyết)

239 a Hằng số mạng lục giác được tính toán dựa trên hằng số mạng một nghiêng a = 0,933 nm, b = 1,688 nm, c = 0,478 nm và 𝛽𝛽 = 121 o

Tinh thể dạng 𝛾𝛾 có thể chuyển thành tinh thể dạng 𝛼𝛼 bằng phương pháp ủ nhiệt [22-

Tinh thể dạng α của PA6 có thể chuyển thành tinh thể dạng γ thông qua việc xử lý với dung dịch kali iodua loãng Cấu trúc PA6 kết tinh từ trạng thái nóng chảy bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm điều kiện nhiệt độ, ứng suất, sự hiện diện của độ ẩm, tạp chất và phụ gia.

Cấu trúc và hàm lượng tinh thể đóng vai trò quan trọng trong tính chất của polyme bán tinh thể Việc tăng hàm lượng tinh thể dẫn đến sự gia tăng độ cứng, khối lượng riêng, ứng suất biến dạng mềm, độ bền kéo, bền hóa học, khả năng chống mài mòn và ổn định kích thước Tuy nhiên, điều này cũng làm giảm độ giãn dài khi đứt, độ bền va đập, giãn nở nhiệt và khả năng hấp thụ nước.

Khả năng hấp thụ nước là đặc trưng quan trọng của polyamit, và số lượng nhóm amide trong cấu trúc polyamit càng nhiều thì khả năng hấp thụ nước càng tăng Hiện tượng hấp thụ nước ảnh hưởng đến tính chất vật lý của polyamit, tương tự như sự gia tăng nhiệt độ, dẫn đến việc tăng độ linh động của các đoạn mạch mềm dẻo Điều này đồng nghĩa với việc giảm độ cứng và độ bền kéo, trong khi độ bền dai và kích thước của vật liệu lại tăng lên.

Polyamit, với cấu trúc chứa nhóm amit -(CO-NH)- tương tự như protein, có đặc điểm chung là cả hai loại aramit đều nóng chảy ở nhiệt độ cao Độ bền cơ học và khả năng co giãn của polyamit (PA) cao nhờ vào cấu trúc mạch zíc zắc, không chứa các nhóm chức trong mạch đại phân tử Điều này cho phép các mạch đại phân tử dễ dàng trượt lên nhau khi bị kéo giãn, và khi không còn bị kéo, chúng có khả năng phục hồi về trạng thái ban đầu Những tính chất ưu việt này khiến polyamit trở thành lựa chọn lý tưởng để phối trộn với các vật liệu như cao su và xơ da.

1.3.1.2 Xơ phế thải từ quá trình dệt

Trong những năm gần đây, ngành Dệt May tại Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ, với sự tăng trưởng không chỉ do gia tăng dân số mà còn bởi chu kỳ kinh tế và xu hướng thời trang Sự thay đổi nhanh chóng trong thời trang đã dẫn đến mức tiêu thụ cao và gia tăng chất thải, gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường.

M ộ t s ố lo ạ i cao su và ph ụ gia s ử d ụ ng gia công ch ế t ạ o v ậ t li ệ u compozit n ề n

Cao su thiên nhiên (CSTN) là một polyme tự nhiên được chiết xuất từ nhựa cây cao su (Hevea Brasiliensis) Quy trình sản xuất CSTN bao gồm việc thu hoạch latex từ cây cao su, sau đó trải qua các bước như kết tụ, cán, làm khô, sấy và đóng kiện Phương pháp khâu mạch bằng lưu huỳnh, được phát triển bởi Charles Goodyear vào năm 1837, đã tạo ra mạng đàn hồi cho CSTN và vẫn là kỹ thuật chính được sử dụng cho đến nay.

Latex CSTN là một nhũ tương nước chứa các hạt cao su với hàm lượng phần khô từ 28 – 40% Các hạt cao su này có kích thước rất nhỏ, tương tự như hình dạng của quả trứng gà, với kích thước từ 0,05 - 3 mm Trung bình, trong 1 gam mủ cao su có hàm lượng phần khô 40%, có khoảng 5.000 hạt, và tất cả các hạt này luôn duy trì trạng thái chuyển động Brown.

Hình 1.12: Cấu trúc hạt mủ cao su [31]

25 a Thành ph ần và cấu tạo hóa học của latex CSTN

Cao su tự nhiên (CSTN) chủ yếu được cấu tạo từ polyizopenten ở dạng đồng phân Cis 1,4, chiếm 98%, trong khi 2% còn lại là các liên kết ở hai mắt xích đầu-cuối mạch α và ω Cấu trúc của chuỗi phân tử cao su được mô tả với đơn vị cuối mạch ω là nhóm dimetylallyl liên kết với protein và đơn vị cuối mạch α liên kết với photpholipit Tuy nhiên, cấu trúc chính xác của hai đơn vị đầu-cuối mạch của CSTN vẫn chưa được xác định do khối lượng phân tử lớn và sự hiện diện của các thành phần không cao su trong latex CSTN.

Hạt cao su được bao bọc bởi lớp vỏ phospholipit-protein có độ dày khoảng 100 Å, với cấu trúc phức tạp và hiện vẫn chưa được hiểu rõ.

Hình 1.13: (a) mô tả cấu trúc của một chuỗi phân tử cao su; (b) Liên kết của protein và photpholipit trong cấu trúc latex CSTN [32]

Các hạt latex CSTN được cấu tạo từ hai lớp, với lớp trong cùng là hydrocacbon và lớp ngoài là lớp hấp phụ có chức năng bảo vệ hạt latex khỏi sự keo tụ Thành phần chính của lớp hấp phụ bao gồm các hợp chất chứa nitơ thiên nhiên như protein, axit béo và muối xà phòng của các axit béo.

Hạt latex mang điện tích âm và được bao bọc bởi các protein kỵ nước, giúp ổn định hệ thống trong môi trường có pH bazơ Khi pH giảm, các điện tích âm bị trung hòa và lớp vỏ protein bảo vệ hạt latex có thể bị phá hủy bởi vi khuẩn, dẫn đến hiện tượng keo tụ trong mủ cao su Để bảo quản mủ CSTN, người ta thường thêm dung dịch NH3 nhằm duy trì pH và ngăn ngừa hiện tượng keo tụ.

Khối lượng phân tử trung bình của CSTN khoảng 1,3 x 10^6 đvC, với phân bố khối lượng phân tử có dạng bimodal Phân bố này bao gồm hai pic tương đối tù: một pic nằm ở vùng khối lượng phân tử thấp hơn (10^5) và một pic khác ở vùng khối lượng phân tử cao hơn (2 x 10^6).

Hình 1.14: Cấu trúc mạch đại phân tử CSTN

Cao su CSTN, được cấu tạo từ 1,4-cis-polyisopren, có hoạt tính hóa học cao nhất trong các loại cao su nhờ vào ba nhóm alkyl bên cạnh, làm tăng mật độ điện tử của liên kết đôi Điều này dẫn đến khả năng phản ứng cao hơn với các tác nhân electrophil Hơn nữa, các hydro ở vị trí alkyl cũng trở nên linh động hơn, dễ dàng tách ra để hình thành các cation và/hoặc gốc tự do.

CSTN có khả năng hoạt động hóa học cao, giúp dễ dàng tham gia vào các phản ứng biến tính như epoxy hóa và halogen hóa, từ đó cải thiện một số tính chất nhất định Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là dễ bị lão hóa do nhiệt hoặc oxy hóa.

Thành phần chính của mủ cao su thiên nhiên (CSTN) chịu ảnh hưởng lớn từ tuổi thọ của cây, điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng nơi cây phát triển, cũng như thời điểm thu hoạch Dưới đây là các thành phần chính của mủ CSTN:

Hình 1.15: Thành phần mủ cao su tự nhiên [34]

Latex chứa nhiều nước, vì vậy để giảm chi phí vận chuyển và tăng tính tiện lợi, latex thường được cô đặc Các phương pháp cô đặc khác nhau sẽ mang lại những tính chất và thành phần hóa học khác nhau cho latex Do đó, việc lựa chọn phương pháp cô đặc phù hợp cần dựa trên yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm và điều kiện sản xuất thực tế.

Cao su thiên nhiên (CSTN) có cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ thấp, với vận tốc kết tinh lớn nhất đạt được tại -25 oC Khi CSTN kết tinh, bề mặt của nó trở nên cứng và mờ đục Các tính chất vật lý đặc trưng của CSTN được tóm tắt trong bảng 1.4.

Bảng 1.4: Tính chất vật lý của CSTN [34]

Nhiệt độ hoá thuỷ tinh ( o C) -70÷ -72

Hằng số giãn nở thể tích ( o C -1 ) 656.10 -6 Độ dẫn nhiệt (W/m.K) 0,14

Nhiệt đốt cháy (MJ/kg) 45,2

Nhiệt dung riêng (kJ/kg.K) 1,88

Nửa chu kỳ kết tinh ở -25 o C (giờ) 2 - 4

Thẩm thấu điện môi ở tần số 1000 Hz 2,40 - 2,70

Tang của góc tổn hao điện môi, Tan⸹ 1,6.10 -3 Điện trở riêng thểtích (Ωm) 3.10 12 ÷ 5.10 12

CSTN là polyme không phân cực nên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng, CCl4, CS2 Tuy nhiên, không tan trong rượu và axeton

Cao su là một chất dẫn nhiệt kém và có khả năng cách nhiệt xuất sắc Hệ số giãn nở nhiệt của cao su cao gấp khoảng 20 lần so với kim loại.

Cacbuahidro Polyxacarit Nhựa thiên nhiên Protein

28 thép do đó nó được sử dụng rộng rãi trong các loại cáp cách điện, vật liệu điện khác

Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên

CSTN có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh kết hợp với các loại xúc tiến lưu hóa phổ biến Bảng 1.5 trình bày các tính chất cơ lý đặc trưng của CSTN.

Bảng 1.5: Tính chất cơ lý của CSTN [34] Độ bền kéo đứt (MPa) 22÷28 Độgiãn dài tương đối (%) 600 ÷ 700 Độgiãn dài dư (%) ≤ 12 Độ cứng (Shore A) 65

CSTN có đặc tính cơ học xuất sắc, bao gồm độ bền kéo, độ giãn, độ đàn hồi và khả năng phục hồi, cùng với khả năng chống mài mòn tốt Cao su có thể kéo dài lên đến vài trăm phần trăm chiều dài ban đầu Tuy nhiên, các nghiên cứu về sự rạn nứt cho thấy rằng các tấm cao su được kéo căng cao sẽ yếu hơn đáng kể theo hướng căng, dẫn đến sự không đồng nhất rõ rệt trong các vật liệu giày kết tinh.

Tính chất công nghệ của cao su thiên nhiên

T ổ ng quan v ề v ậ t li ệ u polyme compozit s ử d ụng xơ da thuộ c ph ế th ả i

1.5.1 Một số nghiên cứu ngoài nước về vật liệu polyme compozit sử dụng xơ da thuộc phế thải

1.5.1.1 Một số phương pháp tiền xử lý xơ da thuộc phế thải và công nghệ chế tạo vật liệu polyme compozit

 Tiền xử lý xơ da

Trước khi sử dụng da thuộc phế thải từ sản xuất giầy để tạo ra vật liệu tổ hợp tái chế, cần thực hiện các bước tiền chế khác nhau Da phế thải sẽ được phân loại sơ bộ thành da cật và da váng, dựa trên đặc tính, độ chặt chẽ của cấu trúc vật lý và độ dày Bước này cũng nhằm loại bỏ các tạp chất không phải là xơ da, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sử dụng sau này.

Da cần được nghiền xé trước khi phối trộn với nền polyme Có hai phương pháp tiền chế xơ da: nghiền xé cơ học không sử dụng hóa chất và nghiền xé có tiền xử lý bằng hóa chất Phương pháp nghiền xé cơ học không hóa chất được thực hiện với các bước cụ thể để đảm bảo hiệu quả.

Xơ da phế thải sau khi thu gom được cắt nhỏ và nghiền thành hạt da thô hoặc bột mịn Quá trình sấy khô diễn ra ở nhiệt độ 50-60°C cho đến khi đạt độ ẩm 1-2%, thời gian sấy phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của da Sản phẩm cuối cùng ở dạng bột mịn có kích thước từ 0,1 đến 0,2 mm.

Hình 1.17: Hình ảnh sản phẩm được tạo từ xơ da phế thải [3]

Nhóm tác giả K Chronska, A Przepiorkowska và các cộng sự đã chỉ ra rằng xơ da chưa xử lý có tính axit và ảnh hưởng đến quá trình lưu hóa với hợp chất cao su Để khắc phục tính axit trong da thuộc phế liệu, một số nghiên cứu đã áp dụng các hóa chất nhằm tạo ra môi trường trung hòa, giúp loại bỏ phần vô định hình và giữ lại collagen Phương pháp tiền xử lý này bao gồm việc ngâm da thuộc phế thải trong các dung dịch hóa chất như urê, ammoniac, natri bicarbonate và kiềm trước khi tiến hành nghiền xé.

Xơ da thuộc phế thải được xử lý qua nhiều bước như nghiền xé, ngâm và lọc qua mắt lưới để đạt kích thước đồng đều khoảng 0,2 mm Sau khi được sấy khô, xơ da sẽ được phối trộn với nền cao su để sử dụng.

Hình 1.18: Hình ảnh xơ da phế thải sau khi được nghiền [43]

Trong quy trình chế tạo vật liệu compozit từ xơ da phế thải, tiền chế xơ ban đầu đóng vai trò quan trọng trong việc tái chế xơ da Quá trình này giúp loại bỏ tạp chất và phân loại da, đảm bảo nguyên liệu đầu vào đồng nhất Có nhiều phương pháp tiền chế xơ da phế thải, bao gồm cả cơ học và hóa học Phương pháp phổ biến hiện nay là chuyển đổi xơ da từ dạng tấm lớn thành bột mịn hoặc hạt nhỏ để dễ dàng trong quá trình phối trộn Tuy nhiên, việc tiền chế phế thải da ở dạng xơ ngắn vẫn chưa được đề cập nhiều.

Công nghệ gia công polyme compozit từ xơ da thuộc phế thải bao gồm nhiều phương pháp và giai đoạn khác nhau, mỗi phương pháp có các tham số công nghệ riêng biệt Việc sử dụng xơ da phế thải không chỉ giúp tái chế nguyên liệu mà còn nâng cao tính bền vững trong sản xuất vật liệu mới.

Tác giả K Ravichandran và N Natchimuthu đã nghiên cứu ba loại vật liệu gồm latex cao su tự nhiên, xơ da thuộc phế thải và cao su phế liệu Quy trình chế tạo vật liệu bao gồm nhiều bước, bắt đầu bằng việc khuấy trộn latex cao su tự nhiên với xơ da chứa crom và một số chất trợ trên máy khuấy Sau khi hỗn hợp được keo tụ, nó sẽ được rửa sạch hóa chất Tiếp theo, hỗn hợp được cán trộn với cao su phế thải và các phụ gia trên máy cán hai trục Cuối cùng, hỗn hợp sẽ được lưu hoá trên máy ép thuỷ lực ở nhiệt độ 140ºC - 150ºC với áp lực 40 tấn, tạo ra tấm sản phẩm cuối cùng có độ dày 6-8 mm và được để ổn định ở nhiệt độ phòng.

Tác giả K Ravichandran [48] và Marcos Roberto Ruiz [49] đã chế tạo vật liệu compozit từ cao su tự nhiên và xơ da được thực hiện qua 2 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1 trong quy trình sản xuất cao su bao gồm việc phối trộn cao su và xơ da trên máy cán 2 trục, kết hợp với các phụ gia như chất chống oxy hóa, oxit kẽm và axit stearic.

Giai đoạn 2 của quy trình sản xuất bắt đầu bằng việc thêm lưu huỳnh vào cuối quá trình trộn, nhằm đảm bảo chất lượng hợp chất đồng đều Sau đó, mẫu được ép lưu hoá ở nhiệt độ 140ºC trên máy ép thủy lực với áp lực 40 tấn Cuối cùng, mẫu hoàn thành sẽ được đánh giá về độ lưu biến, các tính chất cơ học, và độ trương nở trong nước, xăng và kiềm NaOH.

Nhóm tác giả Renivaldo J Santos đã phát triển vật liệu tổ hợp từ cao su tự nhiên kết hợp với chất thải da công nghiệp, thông qua quy trình gồm 5 bước.

(a) Chất thải da thu thập trong xưởng thuộc da

(b) Chất thải được nghiền và sàng đểthu được cỏc hạt cú kớch thước nhỏ 100- 300 (àm) (c) Giầy được sử dụng trong chế phẩm hỗn hợp

Cao su tự nhiên được xử lý sơ bộ bằng máy cán hai trục, sau đó kết hợp với chất thải da trong máy trộn hở theo quy trình công nghệ đã định.

(e) Sản phẩm cuối cùng là tấm vật liệu đa dạng về màu sắc

Nghiên cứu [42] đã tiến hành chế tạo mẫu polyme compozit từ xơ da phế thải kết hợp với cao su acrylonitril butadien (NBR) trong môi trường phòng thí nghiệm, nhằm tận dụng nguyên liệu tái chế và phát triển vật liệu tổng hợp hiệu quả.

Mẫu được thực hiện trên máy trộn hở có đường kính trục 470 mm và chiều rộng 300 mm, theo tỷ lệ 1:1.4 và tốc độ 16 vòng/phút, với sự kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ và thời gian bổ sung các thành phần đơn phối liệu Quá trình lưu hóa mẫu diễn ra trên máy ép thủy lực tự động, được làm nóng bằng điện ở nhiệt độ 162ºC ± 1ºC và áp suất 4 MPa.

Để tái sử dụng xơ da thuộc phế thải, cần áp dụng các phương pháp gia công chế tạo vật liệu polyme compozit khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu nền Nhiều phương pháp như khuấy, trộn kín và cán trộn hóa chất đã được nghiên cứu Để tạo ra vật liệu compozit ở quy mô phòng thí nghiệm hay công nghiệp, các hợp chất nền (cao su), chất phân tán (xơ da) và hệ lưu hóa phải được phối trộn đồng đều trước khi lưu hóa Sau khi phối trộn, nguyên liệu được ép trên máy ép thủy lực để thực hiện phản ứng lưu hóa, với các thông số công nghệ như nhiệt độ, áp lực và thời gian được điều chỉnh Phương pháp phối trộn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân bố của các pha trong vật liệu và sự đồng đều của hệ thống lưu hóa Đối với nền cao su, phương án chế tạo phổ biến là phân tán xơ da trên máy trộn kín ở nhiệt độ 100-150ºC, sau đó ép thủy lực với áp lực nén 4÷10 MPa.

1.5.1.2 Ảnh hưởng của vật liệu nền đến tính chất của vật liệu tổ hợp từ xơ da thuộc phế thải

V ậ t li ệu polyme compozit đượ c t ạ o t ừ m ộ t s ố xơ dệ t trên n ề n cao su

Vật liệu tổ hợp cao su gia cường bằng sợi ngắn đang thu hút sự chú ý nhờ vào khả năng gia công và tính chất cơ học được cải thiện Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng việc sử dụng sợi ngắn từ tự nhiên và tổng hợp giúp khắc phục những hạn chế của cao su nguyên chất Việc tái cấu trúc cao su bằng sợi ngắn không chỉ mang lại độ bền mà còn tăng cường độ cứng cho vật liệu Cụ thể, nghiên cứu của Murty cho thấy sợi đay ngắn ảnh hưởng đến quy trình gia công và độ bền kéo của sản phẩm Ngoài ra, Senapati đã chỉ ra rằng sự định hướng và tỷ lệ sợi polyeste cắt ngắn có tác động tích cực đến các đặc tính của hỗn hợp cao su tự nhiên, làm tăng độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và độ cứng khi tỷ lệ sợi polyeste tăng lên.

Nghiên cứu [75] đã chỉ ra rằng sợi ngắn aramit, sợi thủy tinh và xenlulo có tác dụng tích cực đến mật độ liên kết ngang và tính chất cơ học của cao su tự nhiên (NR), cao su terpolyme ethylene-propylene-diene (EPDM) và cao su styrene-butadien (SBR) Việc thêm hai tỷ lệ sợi (10 và 20 pkl) vào cao su cho thấy sợi aramit là chất gia cường hiệu quả nhất, giúp tăng cường đáng kể các tính chất cơ học như mô đun kéo, khả năng chống rách và mài mòn Hơn nữa, sự hiện diện của các loại sợi này cũng làm tăng tốc độ lưu hóa và liên kết ngang trong các loại cao su.

Sự kết hợp giữa polyamit và cao su

Nghiên cứu của T.D Sreeja và S.K.N Kutty đã chỉ ra rằng việc kết hợp sợi ngắn polyamit với cao su NBR giúp cải thiện nhiều tính chất của vật liệu, bao gồm độ kéo và độ xé theo hướng dọc Tăng hàm lượng sợi dẫn đến độ cứng và khả năng chịu mài mòn tăng, mặc dù mô-men xoắn tối thiểu giảm nhẹ và độ giãn dài khi đứt giảm mạnh Các tính chất của vật liệu gia cường phụ thuộc vào loại, hàm lượng, sự định hướng và phân bố của sợi Tương tự, C Rajesh đã phân tích ảnh hưởng của chiều dài sợi PA (2, 6, 10 mm) đến thuộc tính của vật liệu PA/NBR thông qua phân tích cấu trúc hình thái học (SEM) và các tính chất khác.

Nghiên cứu của 53 nhóm đã chỉ ra rằng sợi PA dài 6 mm mang lại sự cân bằng tối ưu cho các tính chất vật liệu Thời gian lưu hóa và mô-men xoắn cực đại giảm khi sử dụng lưu huỳnh so với dicumyl peroxit (DCP) Các vật liệu được lưu hóa bằng DCP có đặc tính cơ học vượt trội hơn so với những vật liệu lưu hóa bằng lưu huỳnh Đặc biệt, sự trương trong dung môi được giảm thiểu ở các mẫu có chiều dài sợi 6 mm Hơn nữa, mật độ liên kết ngang và thể tích cao su cao hơn ở các mẫu vật liệu sử dụng DCP so với lưu huỳnh.

Nghiên cứu về hàm lượng và tỷ lệ L/d (chiều dài/đường kính) của sợi PA 6,6 kết hợp với cao su cloropren cho thấy rằng, khi tăng tỷ lệ và hàm lượng sợi, độ bền kéo và độ bền xé đều cải thiện Cụ thể, cao su cốt sợi ngắn đạt giá trị tối ưu ở tỷ lệ sợi 265 và hàm lượng 15 pkl Tuy nhiên, khi tỷ lệ L/d vượt quá 400, các tính chất cơ học giảm do sự phân tán không đồng đều của sợi Hơn nữa, độ bền kéo, độ bền xé và mô-men xoắn của cao su gia cường bằng sợi PA 6,6 cao hơn nhiều so với mẫu cao su không gia cường Kết quả cũng cho thấy mô đun không phù hợp với phương trình Halpin-Tsai cho vật liệu tổ hợp có định hướng sợi ngẫu nhiên.

Sự kết hợp giữa nhựa polyamit và xơ da phế thải

Để bảo vệ môi trường và giảm chi phí sản xuất, O A Mohamed và cộng sự đã nghiên cứu việc kết hợp nhựa polyamit với chất thải da Chất thải da được nghiền thành bột và trộn với nhựa PA6, với tỷ lệ từ 2 đến 12% Kết quả cho thấy, khi tăng tỷ lệ chất thải da, độ bền kéo và độ giãn dài của vật liệu giảm Phân tích cấu trúc hình thái học (SEM) cho thấy sự phân tán đồng nhất giữa chất thải da và polyme, với bề mặt vật liệu mịn Đặc biệt, độ cứng của vật liệu tăng khi hàm lượng chất thải da gia tăng, nhờ vào sự hiện diện của chúng Khi hấp thụ nước, vật liệu cải thiện độ bền, độ giãn dài khi đứt và khả năng chống va đập tốt hơn so với vật liệu khô.

Hình 1.28: Ảnh chụp SEM mẫu vật liệu compozit PA6/da thuộc phế thải ở tỷ lệ bột da

4% và 12% với mức độ phóng đại 500 lần [11]

Nghiên cứu cho thấy các loại xơ dệt đã trở nên phổ biến trong việc chế tạo vật liệu gia cường cho cao su Việc sử dụng xơ, sợi dệt trong nền cao su không chỉ tăng cường liên kết mà còn nâng cao độ bền cơ học của vật liệu tổ hợp Đặc biệt, xơ polyamit được chứng minh là có khả năng gia cường hiệu quả và tương hợp tốt với cao su NBR.

Vật liệu đã thể hiện được khả năng chống mài mòn, độ cứng tốt và một số tính chất cơ học tăng khi hàm lượng xơ tăng

Hiện nay, có nhiều nghiên cứu về vật liệu mới được tạo ra từ sự kết hợp giữa cao su và xơ da, cũng như cao su với PA6 và PA6,6 Ngoài ra, còn có việc sử dụng bột da thuộc phế thải kết hợp với nhựa polyamit.

Việt Nam và thế giới vẫn chưa phát hiện tài liệu nào công bố về vật liệu được chế tạo từ ba thành phần chính: polyamit, xơ da thuộc phế thải và cao su NBR.

T ổ ng quan v ề v ậ t li ệ u tr ả i sàn s ử d ụng xơ da thuộ c ph ế th ả i

Việc tái chế xơ da phế thải đang được nghiên cứu với nhiều mục đích, trong đó có việc sử dụng làm vật liệu sàn Tại Việt Nam, chưa có tiêu chuẩn cụ thể cho thảm trải sàn từ xơ da tái chế, chỉ có tiêu chuẩn cho thảm cao su, thảm từ xơ dệt và PVC, nhưng các tiêu chuẩn cho thảm cao su vẫn còn chung chung Trong khi đó, trên thế giới đã có một số nhóm nghiên cứu ứng dụng xơ da phế thải để sản xuất thảm trải sàn chống tĩnh điện.

Nhóm nhóm nghiên cứu Marcos Roberto Ruiz, Aldo E Job cùng các cộng sựđã có những nghiên cứu chuyên sâu về việc tái sử dụng xơ da thuộc phế thải [49,50,65,79]

Chúng tôi đã phát triển một lớp phủ sàn chống tĩnh điện từ cao su tự nhiên kết hợp với xơ da phế thải và than đen, tạo ra một vật liệu tổ hợp mới Vật liệu này đã được kiểm tra và chứng minh đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh và môi trường tại Brazil.

Theo đó nhóm nghiên cứu đã công bố các kết quảliên quan đến tính chất của vật liệu trải sàn như:

Bảng 1.10: Một số nội dung đánh giá vật liệu trải sàn [49,50,65,79]

Nội dung đánh giá Kết quả

Phân tích pH cho thấy sự thay đổi độ pH là tích cực, với tất cả các giá trị pH nằm trong khoảng 6,6 đến 8,0, ngay cả khi tiếp xúc với các chất khử trùng.

- Phân tích mẫu nước thải của vật liệu

Phân tích kết quả nồng độ kim loại trong các mẫu nước thải từ CSTN /than đen/Da 60 pkl và CSTN /than đen/Da cho thấy sự tuân thủ hoặc không tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia của Braxin Các chỉ số nồng độ kim loại cần được đánh giá kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng nước thải và bảo vệ môi trường Việc so sánh các mẫu này giúp xác định mức độ ô nhiễm và đề xuất các biện pháp xử lý hiệu quả.

80 pkl cho thấy nồng độdưới mức tối đa cho phép Vật liệu không gây ô nhiễm môi trường

- Kiểm tra tính chất cơ học

(độ bền kéo, xé mài mòn và độ nén)

- Độ bền kéo, xé đạt giá trị chấp nhận được khi tỷ lệ

Da ở 60 pkl, khi tăng tỷ lệ da thì độ cứng của vật liệu tăng lên, tuy nhiên độ giãn dài giảm

- Vật liệu tổ hợp CSTN /than đen/Da thuộc 60 pkl đạt các giá trị trung gian với giới hạn mòn ít hơn giá chị cho phép của tiêu chuẩn

- Khảnăng chống nén tốt phù hợp cho ứng dụng làm vật liệu trải sàn và lát sàn

- Kiểm tra tính chất điện: độ dẫn điện

- Với việc bổ sung da, độ dẫn điện của vật liệu tổng hợp đã tăng hai bậc độ lớn từ 5.7 x 10 -6 đến 7.97x10 -

Mẫu CSTN/than đen/Da 60 pkl cho thấy khả năng sử dụng vật liệu tổ hợp này làm sàn chống tĩnh điện, với các giá trị độ dẫn điện đạt yêu cầu.

- Mức độ hấp thụnước - Mức độ hấp thụnước của vật liệu thấp (