Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được thực hiện nhằm nghiên cứu lý thuyết và chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp đã được thực hiện nhằm giải quyết nhu cầu thực tế đặt ra. Sau đây là bản tóm tắt luận án.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC -----o0o----- HOÀNG THỊ VÂN AN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA TỔ HỢP VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ ỨNG DỤNG LÀM MÀNG PHỦ NHÀ LƯỚI Chuyên ngành: HOÁ HỮU CƠ Mã số: 62.44.27.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC HÀ NỘI - 2012
A- GIỚI THIỆU LUẬN ÁN I- Tính cấp thiết của ñề tài Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam. Năm 2010, giá trị sản xuất toàn ngành tăng 4,69%, tổng kim ngạch xuất khẩu toàn ngành ñạt mức kỉ lục, ước ñạt 19,15 tỉ USD tăng gần 22,6% so với năm 2009, vượt 77,3% so với mục tiêu ñược ðại hội ðảng X ñề ra. Cùng với chương trình nông thôn mới bắt ñầu ñược triển khai, nhiều chính sách và chủ trương mới của ðảng và Nhà nước hướng về nông thôn, hỗ trợ nông dân ñã và ñang ñược quan tâm áp dụng. Việc sử dụng màng chất dẻo trong nông nghiệp bao gồm 3 ứng dụng chính: che phủ nhà lưới, nhà vòm và phủ bổi (phủ trực tiếp lên ñất). Trong ñó, màng che phủ nhà lưới là quan trọng nhất bởi nó ñược sử dụng với khối lượng lớn. Màng polyme không chỉ làm tăng nhiệt ñộ của ñất mà còn làm giảm việc sử dụng nước tưới và phân bón. Nhờ tạo ra một vi khí hậu cho sự phát triển của rễ, sản xuất nông nghiệp có thể không phụ thuộc vào môi trường bên ngoài. Công nghệ chế tạo màng polyme hấp thụ UV và bền thời tiết ñể che phủ nhà lưới còn chưa ñược quan tâm nghiên cứu ñúng mức trong khi nhu cầu thực tế ñối với loại màng này ngày càng tăng, nhất là trong bối cảnh hiện ñại hoá nông nghiệp, nông thôn. Việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị ñể sản xuất màng che phủ nhà lưới là khá phức tạp, ñòi hỏi phải nghiên cứu có hệ thống mới có thể ñạt ñược kết quả như mong muốn. Tuy nhiên, nếu chúng ta chủ ñộng ñược công nghệ sản xuất loại màng này thì sẽ rất thuận lợi trong việc triển khai ứng dụng thực tế. Chính vì vậy, ñề tài luận án “Chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới” nhằm mục ñích nghiên cứu lí thuyết và chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp ñã ñược thực hiện nhằm giải quyết nhu cầu thực tế ñặt ra. II- Nội dung nghiên cứu của luận án 1. Lựa chọn và nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại phụ gia tới quá trình phân hủy quang của màng LDPE. 2. Chế tạo và nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết - Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới 3 lớp trong ñiều kiện gia tốc thời tiết. - Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới 3 lớp trong ñiều kiện phơi mẫu tự nhiên. 3. Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho 4 ñối tượng cây trồng là cây cải mơ, cây xà lách, cây bí ñao và cây dưa chuột. III- Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và ñóng góp mới của luận án 1
1. Luận án ñã nghiên cứu, lựa chọn ñược phụ gia phù hợp ñể chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết. 2. Chế tạo ñược màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết có cấu trúc 3 lớp trên cơ sở LDPE và EVA, làm cơ sở ñể xây dựng quy trình công nghệ sản xuất màng phủ nhà lưới quy mô công nghiệp. Màng phủ nhà lưới có tuổi thọ dự kiến là 20 tháng. 3. Qua triển khai mô hình với 2 ñối tượng là cây thân thấp và cây thân leo (với 4 loài cây là cải mơ, xà lách, bí ñao, dưa chuột) ñã chứng minh ñược ưu ñiểm của màng phủ nhà lưới trong việc cải thiện vi khí hậu nhà lưới, tăng cường quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, ñem lại hiệu quả về kinh tế. IV- Bố cục luận án Luận án dày 142 trang gồm 3 chương: Mở ñầu (2 trang); Chương 1- Tổng quan (50 trang); Chương 2- Thực nghiệm (16 trang); Chương 3- Kết quả và thảo luận (54 trang); Kết luận chung (2 trang); Danh mục các công trình công bố của tác giả (1 trang); Tài liệu tham khảo (17 trang) gồm 130 tài liệu tham khảo cập nhật ñến 2011. Trong luận án có 43 bảng biểu, 42 hình vẽ và ñồ thị. B. NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về polyolefin 1.2. Ưu ñiểm của màng phủ nhà lưới bằng chất dẻo 1.3. Các vật liệu sử dụng ñể chế tạo màng Giới thiệu các vật liệu ñã và ñang ñược dùng làm màng phủ nhà lưới, ưu, nhược ñiểm của chúng. 1.4. Các khả năng phân hủy của polyolefin trong quá trình gia côngvà sử dụng Polyolefin dễ bị phân hủy trong quá trình gia công và sử dụng. Các khả năng có thể xảy ra là phân hủy nhiệt, phân hủy quang, phân hủy cơ học và phân hủy hóa học ñược trình bày ñầy ñủ trong luận án. 1.5. Các phụ gia trong công nghệ chế tạo màng Giới thiệu cơ chế hoạt ñộng của phụ gia ổn ñịnh nhiệt, phụ gia ổn ñịnh quang, phụ gia chống ñọng sương, các phụ gia khác cũng như tương tác giữa các phụ gia. 1.6. Công nghệ chế tạo và ứng dụng của màng phủ nhà lưới. CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu và hoá chất 2.2. Thiết bị nghiên cứu Máy trộn siêu tốc Supermix (Trung Quốc), máy ñùn 2 trục liên hợp máy cắt hạt series SHJ-30A (ðài Loan), máy ñùn thổi màng series SJ-45 (ðài Loan) , máy thổi màng 3 lớp MS3R-1300Q (Shanghai CMIC). 2
Thiết bị ño ñộ bền kéo ñứt và ñộ giãn dài khi ñứt AGS-J 10kN (Shimadzu),thiết bị thử nghiệm gia tốc thời tiết UVCON Model UC-327-2 (Viện Kỹ thuật Nhiệt ñới), và các thiết bị ño tính chất màng khác. 2.3. Phương pháp tiến hành 2.3.1. Tạo chất chủ (masterbatch) Phụ gia và hạt nhựa ñược trộn cơ học trong 1 giờ trên máy trộn siêu tốc Supermix với tốc ñộ 50 vòng/phút ñể phân tán ñồng ñều các thành phần rồi ñưa vào phễu nạp liệu của máy ñùn 2 trục vít liên hợp máy cắt hạt series SHJ-30A ñã ñiều chỉnh các thông số vận hành. 2.3.2. Quá trình thổi màng Nhựa hạt LDPE ñược trộn cơ học với lượng chất chủ cần trên máy trộn quay Supermix trong 1 giờ với tốc ñộ 50 vòng/phút. Hỗn hợp ñược ñưa vào phễu nạp liệu của máy ñùn thổi màng series SJ-45 ñã ñược ñiều chỉnh các thông số vận hành ñể thu ñược màng có chiều dày 50µm (máy ñùn thổi có ñường kính trục vít 45mm, tỷ lệ L/D 28, tốc ñộ trục vít 10 - 120 vòng/phút, năng suất tối ña 20 - 30kg/giờ). Màng 3 lớp ñược thổi trên dây truyền thổi màng 3 lớp MS3R-1300Q của Shanghai CMIC. 2.3.3. Các nội dung nghiên cứu và khảo sát 2.3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia cho quá trình chế tạo màng hấp thụ UV, bền thời tiết. Mục ñích: Chọn ñược hỗn hợp phụ gia phù hợp ñể chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết. 2.3.3.2. Nghiên cứu chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết. Mục ñích: Chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết ñáp ứng ñược những yêu cầu trong nông nghiệp. 2.3.3.3. Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho 1 số ñối tượng cây trồng. Mục ñích: Thử nghiệm màng chế tạo ñược cho 2 loại cây thân thấp và thân leo. So sánh với màng nhập ngoại và màng LDPE thường. 3
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia cho quá trình chế tạo màng hấp thụ UV, bền thời tiết 3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia ổn ñịnh quang 3.1.1.1. Ảnh hưởng của loại phụ gia ổn ñịnh quang Hình 3.1. Sự suy giảm ñộ dãn dài khi Hình 3.2. Sự suy giảm ñộ bền kéo ñứt ñứt của các mẫu màng trong quá trình của các mẫu màng LDPE trong quá gia tốc thời tiết (chiều dày trình gia tốc thời tiết (chiều dày màng màng 50µm) 50µm) Kết quả cho thấy, giá trị t1/2 EB và t1/2 TS của màng LDPE giảm nhanh theo thời gian tiếp xúc trong quá trình thử nghiệm gia tốc thời tiết. Màng không chứa phụ gia có ñộ bền thời tiết kém nhất, giá trị t1/2 EB là khoảng 6 ngày (12 chu kỳ). Giá trị t1/2 EB của màng LDPE chứa 0,2% Tinuvin 326 là khoảng 15 ngày, tuổi thọ kéo dài gấp 2,5 lần so với màng LDPE thông thường. Giá trị t1/2 EB của màng LDPE chứa 0,2% các phụ gia Tinuvin 622 và Tinuvin 783 là khoảng 40 ngày (80 chu kỳ), gấp gần 7 lần so với màng LDPE không chứa phụ gia.Sự suy giảm ñộ dãn dài khi ñứt tại một thời ñiểm bất kì diễn ra theo thứ tự sau: LDPE > Tinuvin 326 > Tinuvin 622 ≈ Tinuvin 783. Như vậy có thể thấy hiệu quả ổn ñịnh quang của Tinuvin 622 và Tinuvin 783 cao hơn so với Tinuvin 326. 4
3.1.1.2. Ảnh hưởng của chiều dày màng Hình 3.3. ðộ dãn dài khi ñứt của màng Hình 3.4. ðộ bền kéo ñứt của màng LDPE có chiều dày khác nhau trong LDPE có chiều dày khác nhau trong quá trình gia tốc thời tiết quá trình gia tốc thời tiết Giá trị t1/2 EB của màng LDPE thông thường dày 50µm là khoảng 12 chu kỳ, t1/2 TS khoảng 16 chu kỳ, nhưng với màng dày 200µm cần tới khoảng 30 chu kỳ ñể ñạt tới giá trị t1/2 EB và t1/2 TS. Màng dày hơn có khả năng chịu lão hóa cao hơn do các phản ứng oxi hóa trên bề mặt diễn ra nhanh hơn so với bên trong màng. ðối với màng chứa phụ gia ổn ñịnh quang, nơi quá trình oxi hóa bề mặt diễn ra chậm, sự khuếch tán oxi vào bên trong màng có thể phụ thuộc nhiều hơn vào chiều dày. Hình 3.5. ðộ dãn dài khi ñứt của màng Hình 3.6. ðộ bền kéo ñứt của màng LDPE chứa Tinuvin 326 có chiều dày LDPE chứa Tinuvin 326 có chiều dày khác nhau trong quá trình gia tốc thời khác nhau trong quá trình tiết gia tốc thời tiết 5
120 ðộ b ền kéo ñ ứt cò n lại (%) 50 micromet 100 100 micromet 80 200 micromet 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian gia tốc thời tiết (Chu kỳ) Hình 3.7. ðộ dãn dài khi ñứt của màng Hình 3.8. ðộ bền kéo ñứt của màng LDPE chứa Tinuvin 622 có chiều dày LDPE chứa Tinuvin 622 có chiều dày khác nhau trong quá trình gia tốc thời khác nhau trong quá trình gia tốc thời tiết tiết 120 ðộ bèn kéo ñứt cò n lại (% ) 50 micromet 100 100 micromet 200 micromet 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian gia tốc thời tiết (Chu kỳ) Hình 3.9. ðộ dãn dài khi ñứt của màng Hình 3.10. ðộ bền kéo ñứt của màng LDPE chứa Tinuvin 783 có chiều dày LDPE chứa Tinuvin 783 có chiều dày khác nhau trong quá trình gia tốc thời khác nhau trong quá tiết trình gia tốc thời tiết Kết quả trên các hình cho thấy, thời gian ñạt giá trị t1/2 EB và t1/2 TS ở các màng chứa phụ gia ổn ñịnh quang có xu hướng phụ thuộc hiệu quả của chất ổn ñịnh, và thời gian này tăng khi tăng chiều dày màng ñến 200µm. Tuy nhiên, khi tăng chiều dày của màng sẽ ảnh hưởng nhiều ñến ñộ truyền qua của màng – là một yêu cầu quan trọng của màng phủ nhà lưới dùng trong nông nghiệp. Vì vậy chúng tôi ñã khảo sát ñộ truyền qua của màng LDPE chứa 0,2 % T783 với các ñộ dày khác nhau. Kết quả ñược chỉ ra ở bảng 3.6 dưới ñây: Bảng 3.6. Ảnh hưởng của chiều dày ñến ñộ truyền qua của màng Chiều dày màng (µm) 50 100 150 200 6
ðộ truyền qua (%) 92 88 80 75 3.1.1.3. Chỉ số cacbonyl Sự thay ñổi của chỉ số cacbonyl ∆CI của màng LDPE và LDPE chứa 0,2% các HALS Tinuvin 326, Tinuvin 783, Tinuvin 622 ñược biểu diễn trên hình 3.11. Hình 3.11. Chỉ số cacbonyl của các mẫu màng trong quá trình gia tốc thời tiết (chiều dày màng 50µm) Chỉ số cacbonyl của màng LDPE thông thường tăng nhanh trong 20 chu kỳ ñầu của thử nghiệm gia tốc thời tiết. Hiệu quả của các phụ gia trong việc làm giảm tốc ñộ tạo thành cacbonyl tăng theo thứ tự LDPE < T326
Hình 3.12. Phổ UV-vis của màng Hình 3.13. Phổ UV-vis của màng LDPE trước (1) và sau 12 chu kỳ gia LDPE chứa 0,2% T326 trước (1) và tốc thời tiết (2) sau 60 chu kỳ gia tốc thời tiết (2) Hình 3.14. Phổ UV-vis của màng Hình 3.15. Phổ UV-vis của màng LDPE chứa 0,2% T622 trước (1) và sau LDPE chứa 0,2% T783 trước (1) và 80 chu kỳ gia tốc thời tiết (2) sau 80 chu kỳ gia tốc thời tiết (2) Quan sát phổ UV-vis cho thấy, sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết (12 chu kỳ), phổ UV-vis của màng LDPE thông thường xuất hiện vai phổ nhỏ trong khoảng 220 – 240 nm và ñường nền ñôi khi cao hơn so với màng trước khi thử nghiệm. Sau 60 chu kỳ thử nghiệm gia tốc thời tiết, dải hấp thụ của T326 biến mất. Các mẫu màng chứa T622 cũng thấy xuất hiện vai phổ nhỏ trong vùng 220 – 240 nm sau 80 chu kỳ thử nghiệm gia tốc thời tiết. Do dải hấp thụ của T622 không xuất hiện trong vùng này nên vai phổ có thể là do các sản phẩm chưa bão hòa trong polyme bị phân hủy. Dải hấp thụ trong vùng 225nm trên phổ UV của màng LDPE chứa T783 là do sự có mặt của Chimasorb 944 trong thành phần phụ gia này. Sau 80 chu kỳ, dải hấp thụ này cũng bị giảm cường ñộ. 8
3.1.1.6. Hình thái học bề mặt Ảnh hiển vi ñiện tử quét SEM của các mẫu màng trước và sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết ñược trình bày trên hình 3.16. LDPE trước LDPE sau 12 chu kỳ LDPE + T326 trước LDPE + T326 sau 60 chu kỳ LDPE + T622 trước LDPE + T622 sau 60 chu kỳ LDPE + T783 trước LDPE + T783 sau 60 chu kỳ Hình 3.16. Ảnh SEM của các mẫu màng LDPE trước và sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết Quan sát ảnh SEM thấy rằng bề mặt màng LDPE sau 12 chu kỳ gia tốc thời tiết có bằng chứng rõ rệt về quá trình phá hủy bề mặt bởi những vết nứt và khoảng trống tạo thành trên bề mặt. ðối với màng chứa các phụ gia, sau 60 chu kỳ gia tốc thời tiết, mặc dù thời gian kéo dài gấp 5 lần so với màng LDPE thông thường, tuy nhiên, phân 9
tích ảnh SEM cho thấy phá hủy bề mặt ít nghiêm trọng hơn. So sánh giữa các màng chứa phụ gia sau 60 chu kỳ thử nghiệm gia tốc thời tiết, màng chứa T783 có bề mặt bị phá hủy ít nhất chứng tỏ phụ gia T783 phát huy ñược tối ña hiệu quả. 3.1.2. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống oxi hóa 3.1.2.1. ðộ dãn dài khi ñứt và ñộ bền kéo ñứt ðộ dãn dài khi ñứt và ñộ bền kéo ñứt của các công thức màng trong quá trình thử nghiệm gia tốc thời tiết ñược biểu diễn trên hình 3.17 và 3.18. Hình 3.17. ðộ dãn dài khi ñứt của các Hình 3.18. ðộ bền kéo ñứt của các mẫu mẫu màng LDPE có và không có phụ màng LDPE có và không có phụ gia gia chống oxy hoá trong quá trình gia chống oxy hoá trong quá trình gia tốc tốc thời tiết thời tiết Như ñã thấy ở trên, sau 12 ñến 16 chu kỳ thử nghiệm gia tốc, màng LDPE thông thường ñã ñạt tới giá trị t1/2 EB và t1/2 TS, ñược coi là không còn giá trị sử dụng. ðối với màng chứa hỗn hợp Irganox 1010 và Irgafos 168, mặc dù t1/2 TS ñạt ñược sau khoảng 80 chu kỳ, nhưng giá trị t1/2 EB ñạt ñược sau khoảng 20 chu kỳ. Trong trường hợp này các phụ gia chống oxi hóa có thể phản ứng với gốc tự do, ngăn ngừa phản ứng dây chuyền và hình thành các nhóm chức chứa oxy trong polyme làm giảm sự phá hủy màng do tác nhân oxy. Màng chứa hỗn hợp phụ gia HALS (Tinuvin 783), Irganox 1010 và Irgafos 168 có giá trị t1/2 EB và t1/2 TS khoảng 100 chu kỳ, màng chỉ chứa phụ gia T783 ñạt giá trị t1/2 EB và t1/2 TS khoảng 80 chu kỳ. ðiều này có thể là do bản thân phụ gia HALS là phụ gia ña chức năng, vừa có tác dụng ổn ñịnh quang vừa có tác dụng chống oxy hóa nhiệt. Tuy nhiên, hỗn hợp phụ gia HALS và phụ gia chống oxi hóa cho hiệu quả cao nhất. 10
3.1.2.2. Chỉ số cacbonyl Hình 3.19. Chỉ số cacbonyl của các mẫu màng LDPE có và không có phụ gia chống oxy hoá trong quá trình gia tốc thời tiết Chỉ số cacbonyl tăng nhanh trong 20 chu kì gia tốc thời tiết ñối với màng LDPE thường. Ở màng chỉ chứa hỗn hợp phụ gia chống oxy hoá, chỉ số cacbonyl tăng chậm trong 20 chu kỳ ñầu và tăng nhanh ở giai ñoạn sau. Màng chỉ chứa Tinuvin 783 và màng chứa hỗn hợp hai phụ gia HALS và chất chống oxi hóa có tốc ñộ hình thành các nhóm cacbonyl không ñáng kể với tốc ñộ tăng rất nhỏ. 3.1.2.3. Phổ hồng ngoại Phổ hồng ngoại của màng LDPE và màng chứa hỗn hợp phụ gia T783 và chống oxi hóa sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết ñược biểu diễn trên hình 3.20 và 3.21. Hình 3.21. Phổ hồng ngoại của màng Hình 3.20. Phổ hồng ngoại của màng LDPE chứa Tinuvin 783 và hỗn hợp LDPE sau 12 chu kỳ gia tốc thời tiết phụ gia chống oxy hóa sau 60 chu kỳ gia tốc thời tiết 11
3.1.3. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống ñọng sương LDPE trước LDPE sau 25 ngày LDPE + Atmer 103 trước LDPE + Atmer 103 sau 25 ngày LDPE + AAG-2 trước LDPE + AAG-2 sau 25 ngày Bảng 3.22. Hiệu quả chống ñọng sương của các phụ gia trong màng LDPE Dựa vào thang ñối chiếu ở bảng 2.3 thấy rằng, màng LDPE có hiệu quả chống ñọng sương ở thang BC. Màng chứa 1% Atmer 103 và 1% AAG-02 thì hiệu quả cùng ở thang E. Sau 25 ngày thử nghiệm liên tục, hiệu quả chống ñọng sương của màng LDPE vẫn ở trong thang BC trong khi hiệu quả của màng chứa Atmer 103 ở thang DE. Hiệu quả của màng chứa AAG-02 ñã giảm xuống thang D. ðiều này chứng tỏ phụ gia chống ñọng sương ñã bị hòa tan một phần, dẫn ñến giảm hiệu quả chống ñọng sương [87]. Trong trường hợp này, tốc ñộ di chuyển của 2 phụ gia AAG-02 và Atmer 103 là tương ñương nhau, nhưng do phụ gia Atmer 103 có ñộ tan trong nước (0,012g/l, ở 250C) nhỏ hơn AAG-02 (0,07 g/l, ở 250C) nên Atmer 103 duy trì ñược hiệu quả chống ñọng sương cao hơn AAG-02. 12
Tóm tắt kết quả phần 3.1 - Hiệu quả chống oxi hóa quang của các phụ gia với màng LDPE tăng theo thứ tự Tinuvin 326 < Tinuvin 622 < Tinuvin 783. - Tính chất cơ lí của màng LDPE tăng khi chiều dày màng tăng, tuy nhiên ñộ truyền qua của màng lại giảm. - Quá trình gia tốc thời tiết làm tăng nhanh chỉ số cacbonyl của màng LDPE. Sự có mặt của phụ gia HALS làm giảm sự hình thành các nhóm cacbonyl. Kết quả ñược thể hiện qua cường ñộ của nhóm C=O trên phổ hồng ngoại. - Sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết, ñộ kết tinh của các mẫu màng ñều tăng do sự hình thành các nhóm oxy hóa kèm theo quá trình ngắt mạch. Quá trình phân hủy tạo ra những vết nứt và khoảng trống trên bề mặt màng với các mức ñộ khác nhau. - Phụ gia HALS là phụ gia ña chức năng, vừa có tác dụng ổn ñịnh quang, vừa có tác dụng chống oxi hóa nhiệt. Tuy nhiên, hỗn hợp phụ gia T783 và các phụ gia chống oxy hóa Irganox 1010, Irgafos 168 cho hiệu quả ổn ñịnh oxy hóa quang và nhiệt cao nhất. - Phụ gia chống ñọng sương sorbitan stearat (Atmer 103) có hiệu quả cao hơn phụ gia N-stearyl dietanol amin mono stearat (AAG-02). 3.2. Chế tạo và nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết Bảng 3.10. Tính chất cơ học của màng LDPE có và không có EVA ðộ dãn dài khi ñứt, % ðộ bền kéo ñứt, N/cm2 ðộ dão, Màng Dọc Ngang Dọc Ngang % Không có 550 500 1825 1817 8 EVA Có 10 % EVA 623 600 1830 1792 24 Tiếp theo chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñộ bền và tuổi thọ của màng 3 lớp trên cơ sở LDPE/EVA trong ñiều kiện gia tốc thời tiết và phơi mẫu tự nhiên. 3.2.1. Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới ba lớp trong ñiều kiện gia tốc thời tiết 3.2.1.1. Tính chất cơ lý 13
Hình 3.23. ðộ bền kéo ñứt còn lại của Hình 3.24. ðộ dãn dài khi ñứt còn lại màng LDPE ñơn lớp và 3 lớp trong quá của màng LDPE ñơn lớp và 3 lớp trình gia tốc thời tiết trong quá trình gia tốc thời tiết Kết quả cho thấy ñộ bền kéo ñứt của màng 3 lớp hầu như không giảm sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết. ðộ dãn dài khi ñứt vẫn duy trì ñược >65% giá trị ban ñầu. ðộ bền kéo ñứt và ñộ dãn dài khi ñứt của màng ñơn lớp giảm nhanh theo thời gian gia tốc thời tiết và màng ñã mất giá trị sử dụng trước khi trải qua 20 chu kỳ gia tốc thời tiết. 3.2.1.2 Chỉ số cacbonyl Hình 3.25. Chỉ số cacbonyl của màng LDPE ñơn lớp và 3 lớp trong quá trình gia tốc thời tiết Kết quả cho thấy chỉ số cacbonyl của màng ñơn lớp tăng rất nhanh theo thời gian gia tốc thời tiết. Trong khi ñó chỉ số này ở màng 3 lớp có chứa phụ gia HALS thay ñổi không ñáng kể sau 100 chu kỳ thử nghiệm. Chỉ số cacbonyl của màng 3 lớp ban ñầu là 0,152 (do sự có mặt . Sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết giá trị CI là 0,17 chứng tỏ khả năng ngăn ngừa quá trình oxi hóa quang của các phụ gia là rất tốt. 3.2.1.3 Phổ hồng ngoại Phổ hồng ngoại của 3 lớp ban ñầu và sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết ñược biểu diễn trên hình 3.26 và 3.27. 14
Hình 3.26. Phổ hồng ngoại của màng Hình 3.27. Phổ hồng ngoại của màng LDPE 3 lớp ban ñầu LDPE 3 lớp sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết Quan sát thấy rằng phổ hồng ngoại của màng 3 lớp ban ñầu xuất hiện pic tại 1738 cm-1 ñặc trưng cho liên kết C =O trong vinylaxetat của EVA. Sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết nhưng diện tích pic tại vị trí 1740cm-1 trên phổ hồng ngoại của màng ña lớp thay ñổi không ñáng kể, chứng tỏ phụ gia trong màng 3 lớp ña phát huy tối ña hiệu quả ổn ñịnh quang. 3.2.1.4. Hình thái học bề mặt Hình thái học bề mặt màng ñược ñánh giá bằng phương pháp chụp ảnh hiển vi ñiện tử quét (SEM). Kết quả ñược trình bày trên hình 3.28. Màng LDPE sau 20 chu kỳ Màng 3 lớp sau 100 chu kỳ Hình 3.28. Ảnh SEM của màng LDPE ñơn lớp và 3 lớp sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết Ảnh SEM cho thấy bề mặt màng ñã có sự khác biệt sau thời gian thử nghiệm gia tốc thời tiết. Màng LDPE ñơn lớp chỉ sau 20 chu kỳ thử nghiệm gia tốc thời tiết ñã bị hư hỏng nặng, bề mặt màng bị phá hủy rõ rệt, các vết nứt to và ăn sâu vào trong màng. Màng 3 lớp sau thời gian thử nghiệm dài hơn nhiều là 100 chu kỳ gia tốc thời tiết, bề mặt màng bắt ñầu có dấu hiệu của sự phá hủy. Tuy nhiên, các vết nứt nhỏ hơn nhiều, sự hư hỏng bề mặt không lớn. 15
3.2.2. Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới ba lớp trong ñiều kiện phơi mẫu tự nhiên 3.2.2.1. Tính chất cơ lý 120 120 ðộ dãn dài khi ñứt còn lại (%) 100 100 ðộ bền kéo ñứt còn lại (%) 80 80 LDPE LDPE 60 60 3 lớp 3 lớp 40 40 20 20 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian phơi mẫu (tháng) Thời gian phơi mẫu (tháng) Hình 3.29. ðộ bền kéo ñứt của màng Hình 3.30. ðộ dãn dài khi ñứt của màng LDPE ñơn lớp và 3 lớp trong quá LDPE ñơn lớp và 3 lớp trong quá trình trình phơi mẫu tự nhiên phơi mẫu tự nhiên Kết quả cho thấy, ñối với màng ñơn lớp thì sau hơn 3 tháng, ñộ bền kéo ñứt giảm còn 78%, ñộ dãn dài khi ñứt ñã giảm xuống dưới 50%, tức là màng ñã bị hỏng. Trong khi ñó màng 3 lớp chứa phụ gia chống UV vẫn duy trì ñược ñộ bền kéo ñứt và ñộ dãn dài khi ñứt còn lại khá cao sau 6 tháng. 3.2.2.2. Chỉ số cacbonyl Hình 3.31. Chỉ số cacbonyl của mẫu màng LDPE ñơn lớp và 3 lớp trong quá trình phơi mẫu tự nhiên Kết quả cho thấy, chỉ số cacbonyl của màng LDPE tăng nhanh theo thời gian phơi mẫu, sau 3 tháng chỉ số cacbonyl là 0,153. Sau 4 tháng, tức là khi màng ñã hỏng hoàn toàn thì chỉ số cacbonyl là 0,215, gần với chỉ số cacbonyl sau 30 chu kỳ gia tốc thời tiết. ðối với màng 3 lớp, sau 6 tháng phơi mẫu, chỉ số cacbonyl tăng không ñáng kể so với màng ban ñầu (từ 0,155 lúc ban ñầu do sự có mặt của nhóm C=O trong EVA, tăng ñến 0,172 sau 6 tháng phơi mẫu), chứng tỏ màng có khả năng chống oxy hóa quang khá tốt. 16
3.2.2.3. Phổ hồng ngoại Hình 3.32. Phổ hồng ngoại của màng Hình 3.33. Phổ hồng ngoại của màng ñơn lớp LDPE sau 4 tháng phơi mẫu tự LDPE 3 lớp trước khi phơi mẫu tự nhiên nhiên Hình 3.34. Phổ hồng ngoại của màng LDPE 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên Quan sát thấy rằng, pic 1704cm-1 ñặc trưng cho nhóm C=O trên phổ hồng ngoại của màng ñơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu xuất hiện với cường ñộ mạnh. Trong khi ñó ở màng 3 lớp ban ñầu ñã xuất hiện pic 1738cm-1 ñặc trưng cho nhóm C=O trong EVA, tuy nhiên sau 6 tháng phơi mẫu, pic ở vị trí này có cường ñộ gần như không thay ñổi. ðiều này một lần nữa khẳng ñịnh ñộ bền oxy hóa quang của màng 3 lớp. 3.2.2.4. Phổ UV-vis 17
Hình 3.35. Phổ UV-vis của màng LDPE 3 lớp trước (1) và sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên (2) Phổ UV-vis của màng 3 lớp xuất hiện pic ñặc trưng trong vùng 220-230nm. Sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên, cường ñộ của pic tại vị trí này giảm không ñáng kể chứng tỏ phụ gia ổn ñịnh quang vẫn duy trì hiệu quả, mức ñộ hao hụt không ñáng kể. 3.2.2.5. Hình thái học bề mặt Ảnh SEM của màng ñơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu và màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu ñược trình bày trên hình 3.36. Màng LDPE sau 4 tháng phơi mẫu Màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu Hình 3.36. Ảnh SEM của các mẫu màng LDPE ñơn lớp và 3 lớp sau khi phơi mẫu tự nhiên Bề mặt màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên có dấu vết của sự phá hủy, tuy nhiên những vết này không lớn và phân bố tương ñối ñều. Màng ñơn lớp sau 4 tháng phơi mẫu có mức ñộ phá huỷ bề mặt nhiều hơn, với kích thước lớn hơn. 3.2.2.6. Hiệu quả chống ñọng sương Màng 3 lớp ban ñầu Màng 3 lớp ban ñầu sau 25 ngày thử nghiệm chống ñọng sương 18
Màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu Màng 3 lớp phơi mẫu 6 tháng sau 25 ngày thử nghiệm chống ñọng sương Hình 3.37. Hiệu quả chống ñọng sương của màng 3 lớp trước và sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên Kết quả cho thấy màng 3 lớp ban ñầu có khả năng chống ñọng sương rất tốt (ở thang E). Sau 25 ngày thử nghiệm, khả năng chống ñọng sương ở thang DE. ðiều này chứng tỏ phụ gia chống ñọng sương ñã bị hòa tan một phần, làm giảm khả năng chống ñọng sương của màng. ðối với màng 3 lớp sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên thì màng vẫn duy trì ñược khả năng chống ñọng sương ở thang DE. Tuy nhiên khi thử nghiệm thêm 25 ngày nữa thì màng bị giảm khả năng chống ñọng sương xuống thang CD. Như vậy là trong ñiều kiện phơi mẫu tự nhiên, màng duy trì ñược khả năng chống ñọng sương sau 6 tháng phơi mẫu. 3.2.2.7. ðánh giá tuổi thọ của màng 3 lớp ðể ñánh giá tuổi thọ của màng 3 lớp, có thể căn cứ vào kết quả ño tính chất cơ lý và chỉ số cacbonyl trong các thử nghiệm phơi mẫu tự nhiên và gia tốc thời tiết. Kết quả cho thấy, ñối với màng LDPE ñơn lớp thì sau hơn 3 tháng ñộ dãn dài khi ñứt ñã giảm xuống dưới 50%, tức là màng ñã hỏng. Trong khi ñó với thử nghiệm gia tốc thời tiết thì sau khoảng 20 chu kỳ, tức 10 ngày thử nghiệm màng ñã bị hỏng. Như vậy màng ñối chứng bị hư hỏng trong thử nghiệm gia tốc thời tiết nhanh hơn phơi mẫu tự nhiên khoảng 10-12 lần. ðối với màng 3 lớp, ñộ dãn dài khi ñứt và ñộ bền kéo ñứt có giảm nhưng rất ít sau 6 tháng phơi mẫu tự nhiên. Do vậy chưa thể kết luận tốc ñộ hư hỏng so với thử nghiệm gia tốc thời tiết. Tuy nhiên do thử nghiệm gia tốc thời tiết thì khắc nghiệt hơn rất nhiều so với phơi mẫu tự nhiên, trong khi theo những kết quả ñã nghiên cứu ở trên thì phụ gia HALS có tác dụng rất tốt trong việc duy trì ñộ bền của màng. Do ñó chênh lệch về tốc ñộ hư hỏng trong quá trình gia tốc thời tiết và phơi mẫu tự nhiên của màng 3 lớp chứa HALS phải cao hơn so với màng ñơn lớp. Vì vậy có thể căn cứ vào tốc ñộ hư hỏng của màng ñơn lớp làm chuẩn, tức là quá trình hư hỏng trong thử nghiệm gia tốc thời tiết nhanh hơn phơi mẫu tự nhiên 10 – 12 lần. Cả hai loại màng 19