Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất màng polyme chắn khí và thăm dò ứng dụng

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

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu chế tạo được màng polyme đa lớp có tính chất chắn khí trên cơ sở một số hệ polyme blend và thăm dò khả năng ứng dụng làm bao bì để bảo quản nông sản khô. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất màng polyme chắn khí và thăm dò ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ------------- NGUYỄN TUẤN NAM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT MÀNG POLYME CHẮN KHÍ VÀ THĂM DÒ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 62.44.01.14 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Tiến Dũng 2. TS. Nguyễn Thanh Tùng HÀ NỘI - 2020
Công trình được hoàn thành tại Phòng Vật liệu polyme Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Tiến Dũng TS. Nguyễn Thanh Tùng Phản biện 1:................................................................................................... Phản biện 2:................................................................................................... Phản biện 3:................................................................................................... Luận án sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước tại Học Viện Khoa học và Công nghệ Vào hồi Có thể tìm thấy luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia
1 A. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của đề tài Bao bì đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng thực phẩm. Chúng không chỉ dùng để chứa đựng, bảo quản, vận chuyển sản phẩm mà còn được sử dụng như một công cụ marketing đem lại giá trị gia tăng cho sản phẩm. Bao bì bảo vệ thực phẩm khỏi các tác động của môi trường như oxy, độ ẩm, ánh sáng, bụi, các hợp chất dễ bay hơi và vi sinh vật [1], chúng hoạt động như một rào chắn giữa bầu không khí xung quanh thực phẩm và môi trường bên ngoài. Oxy và hơi nước là hai nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm chất lượng thực phẩm. Do đó phát triển các sản phẩm bao bì kín khí với độ thẩm thấu khí và hơi nước thấp là hướng nghiên cứu được quan tâm trong thời gian gần đây. Theo Smithers Pira, năm 2015 toàn thế giới tiêu thụ khoảng 1,4 triệu tấn màng bao gói kín khí, năm 2016 con số này là 1,86 triệu tấn, với tốc độ tăng trưởng 4,7%/năm. Khu vực sử dụng màng bao gói kín khí nhiều nhất là Châu Á – Thái Bình Dương chiếm 30,9%, tiếp theo là khu vực Tây Âu (27,6%) và Bắc Mỹ (26,8%). Trong số các loại vật liệu sử dụng làm bao bì, chất dẻo ở dạng màng mỏng có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại bao bì khác như: nhẹ, bền, đàn hồi, trong suốt, khả năng chống thấm khí và hơi nước cao, đồng thời có khả năng hàn, dán nhiệt tốt. Polyetylen (PE) là chất dẻo được sử dụng phổ biến nhất làm bao bì nhờ khả năng chắn hơi ẩm tốt, giá thành thấp, tuy nhiên khả năng chống thấm O2, hương thơm và tinh dầu lại kém. Cũng giống như PE, PA6 có tính chắn ẩm tốt nhưng chắn khí O2 và CO2 kém. Do đó xu hướng gần đây mà các nhà khoa học quan tâm phát triển nhất là kết hợp các polyme này với một polyme khác có khả năng chắn khí cao dưới dạng polyme blend hoặc màng đa lớp. Polyme có tính chắn khí cao và được sử dụng nhiều nhất là EVOH [2]. Việc kết hợp EVOH với PE hoặc PA6 có thể tạo ra một loại vật liệu vừa có tính chất cơ học cao, vừa có tính chắn khí, chắn dung môi, chắn ẩm tốt, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chắn khí cao như bao bì bao gói thực phẩm hoặc bao bì bảo quản nông sản khô... Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của Việt Nam với những bước phát triển vượt bậc. Tuy nhiên, tổn thất nông sản sau thu hoạch vẫn ở mức cao, từ 15-20% đối với các loại lương thực mà nguyên nhân chủ yếu là việc nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ sau thu hoạch chưa đáp ứng kịp thời và đầy đủ so với yêu cầu. Trong nước cũng đã có các nghiên cứu về sử dụng bao bì kín khí để bảo quản thực phẩm, nông sản khô, tuy nhiên các sản phẩm bao bì kín khí trên thị trường hiện nay đều là sản phẩm nhập ngoại với giá thành tương đối đắt. Xuất phát từ những vấn đề trên, luận án tập trung vào: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất màng polyme chắn khí và thăm dò ứng dụng”.
2 2. Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu chế tạo được màng polyme đa lớp có tính chất chắn khí trên cơ sở một số hệ polyme blend và thăm dò khả năng ứng dụng làm bao bì để bảo quản nông sản khô. 3. Những nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án: - Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số polyme blend trên cơ sở EVOH (blend PE/EVOH, blend PA6/EVOH). - Chế tạo và nghiên cứu tính chất của màng polyme đa lớp kín khí trên cơ sở polyme blend của EVOH. - Nghiên cứu ứng dụng bao bì đa lớp chống thấm khí để bảo quản một số loại nông sản khô (ngô, đậu tương). 4. Cấu trúc của luận án Luận án có 111 trang, gồm các phần mở đầu, tổng quan, thực nghiệm, kết quả và thảo luận, kết luận, danh mục các công trình khoa học của tác giả và tài liệu tham khảo, 29 hình và 21 bảng với 90 tài liệu tham khảo. B. NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Ở Việt Nam, tuy tỉ trọng của ngành nông nghiệp trong GDP cả nước đã giảm trong những năm gần đây nhưng mức đóng góp vào tăng trưởng vẫn ổn định ở mức 16-18%. Ngành vẫn đóng vai trò quan trọng khi tạo ra trên 40% tổng việc làm cho lao động cả nước [75]. Theo Tổ chức nông lương thế giới (FAO), tổn thất sau thu hoạch ở các nước đang phát triển lên tới 20-30%. Ở nước ta, thống kê cho thấy tổn thất về sản lượng trong và sau thu hoạch đối với lúa 11 – 13%, ngô 13 – 15%, tập trung ở các khâu thu hoạch, phơi sấy, bảo quản và xay xát, chế biến. Nguyên nhân chủ yếu là do thu hoạch, đóng gói, vận chuyển và bảo quản không đúng cách. Trên cơ sở tổng hợp tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước có thể thấy rằng bảo quản kín khí là một phương pháp bảo quản tiên tiến, được áp dụng rộng trên thế giới hiện nay. Vật liệu bao bì có khả năng chắn khí, chắn ẩm và dung môi ngày càng được ứng dụng phổ biến, đặc biệt trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm và đồ khô. Tuy nhiên, các dung môi hydrocacbon không phân cực và hỗn hợp của chúng (như xylen, toluen, dầu trắng...) có thể dễ dàng thấm qua bao bì polyme thông thường (PE và PP) làm biến chất và gây nên những vấn đề về sức khỏe và an toàn thực phẩm. Do vậy, kết hợp các polyme với những tính năng riêng biệt thành vật liêu polyme mới có đầy đủ các tính năng ưu việt của các polyme thành phần, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm bao bì kín khí là rất cần thiết. Các nghiên cứu chỉ ra rằng EVOH có khả năng chống thấm
3 hydrocacbon tốt và được coi là vật liệu chắn oxy trong những ứng dụng bao bì và thực phẩm cần tránh oxy nhờ khả năng chịu dầu và tính chất chắn khí cao của nó. Tuy nhiên, tính chất hấp thụ ẩm, tương đối giòn và đắt đã làm giảm những ưu điểm của nó. Nhằm làm giảm giá thành mà vẫn duy trì được tính chất chống thẩm thấu khí tốt, những nghiên cứu về blend của EVOH đã thu hút được nhiều sự quan tâm trong những năm vừa qua, đặc biệt là blend của EVOH với PE và PA6. Trong các công nghệ chế tạo bao bì chống thấm khí thì công nghệ đùn đa lớp tỏ ra có hiệu quả trong việc cải thiện tính chống thấm kém của bao bì polyolefin. Kỹ thuật này cho phép kết hợp được những tính chất mong muốn của nhiều polyme thành một cấu trúc với tính năng được tăng cường. Bằng cách này có thể tận dụng được tính chất chống thấm vốn có và bảo vệ được lớp nhựa chống thấm khỏi độ ẩm tương đối cao. Ngoài ra, lớp nhựa này cũng được bảo vệ không bị bào mòn, tránh được những vấn đề liên quan đến khả năng hòa trộn và cải thiện được độ trong của màng. Ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu bao bì polyme đa lớp chống thấm khí cho các ứng dụng bảo quản nông sản, đặc biệt là nông sản khô. Vì thế, luận án này chọn chủ đề ”Nghiên cứu chế tạo và tính chất màng polyme chắn khí và thăm dò ứng dụng”. CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ 2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất - Hạt nhựa polyethylen mạch thẳng tỷ trọng thấp (LLDPE), hạt nhựa copolyme ethylen-vinyl alcohol (EVOH), chất trợ tương hợp polyethylen mạch thẳng tỷ trọng thấp ghép maleic anhydride (PE-g-MAH, hàm lượng MAH = 0,1%), hạt nhựa polyamid 6 (PA6), ngô hạt giống HQ 2000, hạt đậu tương thô giống DT96. 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị Máy trộn cao tốc Supermix, thiết bị Brabender Plastograph®EC (Đức) ghép nối máy tính, máy ép thủy lực, thiết bị đo độ thẩm thấu hơi nước LyssyL-100-5000, thiết bị đo độ thẩm thấu khí N500, thiết bị đùn thổi màng XD-35, thiết bị thổi màng đa lớp 3SJ-G2000, thiết bị đo cơ lý đa năng BP- 1068, quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier NEXUS 670, thiết bị phân tích nhiệt trọng lượng TGA209F1, Netzsch (Đức), thiết bị phân tích nhiệt lượng quét vi sai DSC204F1Phoneix, Netzsch (Đức), kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL 6490, thiết bị hút chân không BZQ 500, thiết bị đo độ dày màng điện tử Mitutoyo IP67, cân điện tử Scientech (Mỹ), độ chính xác 0,001 (g), tủ sấy và một số thiết bị, dụng cụ phòng thí nghiệm.
4 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Chế tạo polyme blend trên cơ sở EVOH 2.2.1.1. Chế tạo polyme blend PE/EVOH Hỗn hợp nguyên liệu gồm hạt nhựa LLDPE và hạt nhựa EVOH cùng với chất trợ tương hợp PE-g-MAH được đưa vào thiết bị đùn 1 trục vít Brabender Plastograph®EC ở tốc độ trục vít không đổi 45 vòng/phút và nhiệt độ các vùng gia nhiệt là 190oC, thời gian trộn 5 phút. Vật liệu tiếp tục được ép thành tấm dầy 1mm trên máy ép GOTECH ở 190oC, áp lực ép 20MPa trong 5 phút. 2.2.1.2. Chế tạo polyme blend PA6/EVOH Hỗn hợp nguyên liệu gồm hạt nhựa PA6 và EVOH với tỷ lệ khối lượng xác định được đưa vào thiết bị đùn 1 trục vít Brabender Plasticoder với tốc độ trục vít không đổi 30 vòng/phút và nhiệt độ các vùng gia nhiệt là 215oC trong thời gian 5 phút. Vật liệu tiếp tục được ép thành tấm dầy 1mm trên máy ép GOTECH ở 190oC, áp lực ép 20MPa trong 5 phút. 2.2.2. Chế tạo màng đa lớp chống thấm khí trên cơ sở EVOH 2.2.2.1. Chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PE-EVOH/PE Quá trình thổi màng được thực hiện trên thiết bị thổi màng đa lớp Model 3SJ-G2000, với cấu trúc lớp như sau: polyme blend LLDPE/PE-g- MAH (lớp 1)/polyme blend PE/EVOH (lớp 2)/polyme blend LLDPE/PE-g- MAH (lớp 3). Thông số của 3 trục vít trong thiết bị thổi màng như sau: trục vít 1 và 3 có đường kính 65mm, tỷ lệ L/D=30, nhiệt độ các vùng gia nhiệt và đầu die là 180, 190, 200, 210, 210oC, tốc độ trục vít 20 vòng/phút; trục vít 2 có đường kính trục 70mm với tỷ lệ L/D=30, nhiệt độ các vùng gia nhiệt và đầu die là 210, 210, 220, 220, 220oC, tốc độ trục vít 15 vòng/phút. 2.2.2.2. Chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PA-EVOH/PE Quá trình thổi màng được thực hiện trên thiết thổi màng 3 lớp, với cấu trúc lớp như sau: polyme blend LLDPE/PE-g-MAH (lớp 1)/polyme blend PA6/EVOH (lớp 2)/polyme blend LLDPE/PE-g-MAH (lớp 3). Thông số của 3 trục vít trong thiết bị thổi màng như sau: trục vít 1 và 3 có đường kính 50mm, tỷ lệ L/D=30, nhiệt độ các vùng gia nhiệt và đầu die là 180, 190, 200, 210, 210 oC, tốc độ trục vít 20 vòng/phút ; Trục vít 2 có đường kính trục 65mm với tỷ lệ L/D=32, nhiệt độ các vùng gia nhiệt và đầu die là 230, 230, 240, 240, 240oC, tốc độ trục vít 15 vòng/phút. 2.2.3. Ứng dụng màng đa lớp kín khí trong bảo quản một số loại nông sản khô 2.3.3.1. Ứng dụng màng đa lớp kín khí trong bảo quản ngô hạt Ngô sau khi lựa chọn sơ bộ đáp ứng tiêu chuẩn ngành 10TCN 513:2002 được đóng vào các túi có kích thước 25x35cm, độ dày túi 80 µm, khối lượng 2 kg/túi, sau đó được hút chân không trên máy BZQ 500 (áp suất chân không -0,08MPa). Các mẫu sau khi đóng gói được xếp lên giá và bảo quản trong phòng thí nghiệm. Định kỳ 1 tháng lấy mẫu và phân tích các chỉ
5 tiêu chất lượng: độ ẩm, hàm lượng protein thô, hàm lượng tinh bột, chất béo và tỷ lệ nhiễm nấm men – nấm mốc. 2.3.3.2. Ứng dụng màng đa lớp kín khí trong bảo quản đậu tương Đậu tương sau khi lựa chọn sơ bộ đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 4849:1989 được đóng vào các túi có kích thước 25x35cm, độ dày túi 80 µm, khối lượng 2 kg/túi, sau đó được hút chân không trên máy BZQ 500 (áp suất chân không -0,08MPa). Các mẫu sau khi đóng gói được xếp lên giá và bảo quản trong phòng thí nghiệm Định kỳ 1 tháng, lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu chất lượng: độ ẩm, hàm lượng protein thô, hàm lượng dầu, độ axit trong phần dầu chiết, tỷ lệ nhiễm nấm men, nấm mốc. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu chế tạo polyme blend trên cơ sở EVOH Luận án đã khảo sát 2 yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu là hàm lượng chất trợ tương hợp và tỷ lệ thành phần nhựa LLDPE/EVOH. - Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa LLDPE/EVOH: hàm lượng chất trợ tương hợp LLDPE-g-MAH 4%, tỷ lệ khối lượng PE/EVOH trong các polyme blend lần lượt là 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50. - Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp LLDPE-g-MAH: tỷ lệ LLDPE/EVOH là 70/30, hàm lượng chất trợ tương hợp 0-10%. 3.1.1. Nghiên cứu chế tạo polyme blend PE/EVOH 3.1.1.1. Tính chất chảy nhớt của vật liệu polyme blend PE/EVOH * Ảnh hưởng của tỷ lệ PE/EVOH đến khả năng chảy nhớt của vật liệu polyme blend PE/EVOH Giản đồ mômen xoắn theo thời gian trộn của polyme blend PE/EVOH chứa 4% chất trợ tương hợp LLDPE-g-MAH ở các tỷ lệ PE/EVOH khác nhau được thể hiện trên hình 3.1. Hình 3.1. Giản đồ mômen xoắn theo thời gian trộn của polyme blend PE/EVOH Kết quả cho thấy giá trị mômen xoắn ở trạng thái cân bằng nóng chảy của vật liệu polyme blend PE/EVOH tăng khi tăng hàm lượng EVOH. Cụ thể
6 giá trị mômen xoắn của polyme blend PE/EVOH ở trạng thái cân bằng nóng chảy với tỷ lệ 90/10, 80/20, 70/30, 60/40 và 50/50 lần lượt là 15,7; 17,8; 18,7; 19,4 và 19,9 N.m. * Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến khả năng chảy nhớt của vật liệu polyme blend PE/EVOH được thể hiện trên hình 3.2. Hình 3.2. Giản đồ mômen xoắn theo thời gian trộn của polyme blend PE/EVOH 70/30 với hàm lượng PE-g-MAH khác nhau Hình 3.2 cho thấy khi có mặt chất trợ tương hợp PE-g-MAH giá trị mômen xoắn ở trạng thái nóng chảy của polyme blend PE/EVOH tăng lên so với khi không sử dụng chất trợ tương hợp mặc dù PE-g-MAH có độ nhớt thấp. Kết quả cũng cho thấy khi tăng hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g- MAH thì giá trị mômen xoắn của polyme tăng. 3.1.1.3. Tính chất cơ học của polyme blend PE/EVOH Ảnh hưởng của tỷ lệ PE/EVOH đến tính chất cơ học của vật liệu polyme blend PE/EVOH có và không có chất trợ tương hợp PE-g-MAH được trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến tính chất cơ lý của vật liệu polyme blend PE/EVOH Tỷ lệ Chất trợ tƣơng hợp Độ bền kéo Độ dãn dài khi PE/EVOH PE-g-MAH (%) đứt (MPa) đứt (%) 100/0 29,5 1005,4 90/10 19,6 765,7 80/20 15,8 420,3 70/30 0 12,4 256,2 60/40 10,1 148,5 50/50 7,6 89,6 0/100 25,2 17,1 90/10 24,5 359,2 80/20 4 26,4 389,3 70/30 28,3 404,9 60/40 27,1 367,5 50/50 25,5 315,8
7 Ở mẫu không có chất trợ tương hợp PE-g-MAH cả độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các mẫu blend đều giảm khi tăng hàm lượng EVOH. Điều này là do PE và EVOH có sự khác nhau về bản chất, cấu trúc hóa học, độ phân cực, năng lượng tương tác bề mặt... nên sự kết dính giữa PE và EVOH thấp dẫn đến tồn tại một lượng lớn EVOH kết tụ trong mạng lưới nhựa nền PE. Khi có mặt chất trợ tương hợp tính chất cơ học của các mẫu vật liệu polyme blend đã được cải thiện đáng kể. Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt tăng do PE-g-MAH hoạt động như một chất trợ tương hợp hiệu quả giữa pha phân tán EVOH và pha nền PE. Thêm PE-g-MAH làm tăng sự phân tán của EVOH và tăng độ kết dính giữa các pha góp phần nâng cao tính bền của polyme blend. Kết quả cũng cho thấy khi có mặt 4% chất trợ tương hợp, hàm lượng EVOH tăng từ 10-30% thì độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt đều tăng. Độ bền kéo đứt được cải thiện rõ rệt khi tăng hàm lượng EVOH trong mẫu polyme blend có thể do độ bền kéo đứt của EVOH cao. Tuy nhiên, khi hàm lượng EVOH >30%, tính chất cơ học của polyme blend giảm do độ bền kéo chịu ảnh hưởng mạnh bởi tương tác pha giữa PE và EVOH. Điều này cho thấy khi tăng hàm lượng EVOH thì khả năng kết dính của PE và EVOH giảm. Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất cơ học của vật liệu polyme blend PE/EVOH được trình bày trong bảng 3.2. Bảng 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất cơ học của polyme blend PE/EVOH 70/30 Hàm lượng PE-g-MAH Độ bền kéo đứt Độ dãn dài khi đứt (%) (MPa) (%) 0 12,4 256,2 2 25,6 379,8 4 28,3 404,9 6 26,5 416,3 8 24,1 420,4 10 23,9 418,5 Kết quả cho thấy độ bền kéo đứt của polyme blend tăng khi hàm lượng chất trợ tương hợp tăng từ 0-4%. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng hàm lượng PE- g-MAH > 4%, độ bền kéo đứt của polyme blend giảm và sau đó ổn định. Độ dãn dài khi đứt tăng khi tăng hàm lượng PE-g-MAH lên 6%, sau đó gần như không đổi. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng hàm lượng PE-g-MAH, tính chất cơ học của các mẫu polyme blend giảm. 3.1.1.4. Hình thái học bề mặt của polyme blend PE/EVOH Ảnh SEM bề mặt gãy của các mẫu polyme blend PE/EVOH không và có chất trợ tương hợp PE-g-MAH được thể hiện trong hình 3.6 và 3.7.
8 a) PE/EVOH 90/10 b) PE/EVOH 80/20 c) PE/EVOH 70/30 d) PE/EVOH 60/40 e) PE/EVOH 50/50 Hình 3.6. Ảnh SEM bề mặt gãy của các mẫu polyme blend PE/EVOH không chứa chất trợ tương hợp a) PE/EVOH 90/10 b) PE/EVOH 80/20 c) PE/EVOH 70/30 d) PE/EVOH 60/40 e) PE/EVOH 50/50 Hình 3.7. Ảnh SEM bề mặt gãy của các mẫu polyme blend PE/EVOH chứa 4% chất trợ tương hợp PE-g-MAH Kết quả phân tích ảnh SEM bề mặt gãy của các mẫu polyme blend thấy rằng với mẫu không sử dụng chất trợ tương hợp (hình 3.4) thì các pha phân tán không đồng đều, hình thành các vùng tách pha rõ rệt, sự phân tán của EVOH trong nền nhựa PE khá lớn và thô. Với các mẫu polyme blend có sử dụng chất trợ tương hợp, khi hàm lượng EVOH tăng từ 10-30%, các polyme thành phần có mức độ phân tán và tương hợp tốt với nhau. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng hàm lượng EVOH trong polyme blend từ 40-50%, quá trình tương hợp giữa hai pha EVOH và LLDPE trở nên kém hơn.
9 3.1.1.5. Nhiệt lượng quét vi sai (DSC) của polyme blend PE/EVOH Giản đồ DSC của các mẫu polyme blend PE/EVOH với hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH 4% ở các tỷ lệ PE/EVOH khác nhau được tổng hợp trong bảng 3.3. Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ LLDPE/EVOH đến tính chất nhiệt của polyme blend Tỷ lệ Tg (oC) Tm (oC) Tc (oC) LLDPE/EVOH Polyme blend LLDPE EVOH LLDPE EVOH 100/0 -20,7 121,8 - 104,8 - 90/10 -14,5 121,3 182,1 104,7 161,9 80/20 -2,4 120,4 182,7 104,6 161,3 70/30 6,32 122,0 183,0 102,5 159,2 60/40 6,5 và 38,5 120,7 184,0 103,8 161,1 50/50 6,0 và 38,8 122,3 184,2 104,3 160,9 0/100 40 - 184,4 - 162,3 Kết quả cho thấy ở hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH 4%, khi tăng hàm lượng EVOH từ 0-30% xuất hiện một giá trị Tg nằm trong khoảng Tg của EVOH (Tg= 40oC) và của LLDPE (Tg= -20,7oC). Điều này chứng tỏ khi có mặt chất trợ tương hợp PE-g-MAH, ở hàm lượng EVOH 10 – 30% hai polyme có khả năng tương hợp tốt với nhau. Khi tiếp tục tăng hàm lượng EVOH từ 40-50% thì xuất hiện hai giá trị Tg nằm trong khoảng giá trị Tg của hai polyme thành phần. Tuy nhiên, đã có sự dịch chuyển Tg của LLDPE về Tg của EVOH. Điều này chứng tỏ ở hàm lượng EVOH từ 40–50%, khi có mặt chất trợ tương hợp PE-g-MAH đã có sự tương hợp một phần giữa hai polyme. Kết quả cho thấy, nhiệt độ nóng chảy Tm của LLDPE trong polyme blend không thay đổi nhiều khi tăng hàm lượng EVOH. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng EVOH thì giá trị Tm của EVOH trong polyme blend tăng nhẹ nhưng nhỏ hơn giá trị Tm của nhựa EVOH. Giá trị nhiệt độ kết tinh (Tc) của LLDPE trong mẫu blend gần như không thay đổi. Trong khi đó, khi tăng hàm lượng EVOH, giá trị Tc của EVOH trong polyme blend giảm nhẹ so với giá trị Tc của nhựa EVOH. 3.1.2. Nghiên cứu chế tạo polyme blend PA6/EVOH Để nghiên cứu chế tạo polyme blend PA6/EVOH tiến hành chế tạo các mẫu polyme blend ở các tỷ lệ PA6/EVOH khác nhau 100/0, 90/10, 80/20, 75/25, 50/50 và đánh giá các tính chất của sản phẩm. 3.1.2.1. Tính chất chảy nhớt của vật liệu polyme blend PA6/EVOH Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến tính chất lưu biến khi chảy (momen xoắn) của vật liệu polyme blend PA6/EVOH được trình bày trong hình 3.10.
10 Hình 3.10. Giản đồ momen xoắn- thời gian trộn của PA6, EVOH, polyme blend PA6/EVOH Kết quả cho thấy giá trị momen xoắn ở trạng thái cân bằng nóng chảy của các mẫu blend PA6/EVOH thấp hơn EVOH và cao hơn PA6. Ngoài ra, khi tăng hàm lượng EVOH trong blend thì momen xoắn ở trạng thái cân bằng nóng chảy của các mẫu blend tăng. Điều này có thể là do sự tương tác giữa các nhóm chức trong tổ hợp vật liệu polyme blend, cụ thể là nhóm amin của PA6 và nhóm hydroxyl của EVOH. Khi tăng EVOH thì số lượng liên kết hydro giữa nhóm hydroxyl và amin tăng làm tăng liên kết nội phân tử và liên phân tử dẫn đến tăng momen xoắn. 3.1.2.2. Tính chất cơ học của polyme blend PA6/EVOH Ảnh hưởng của tỷ lệ PA6/EVOH đến tính chất cơ học của vật liệu được trình bày trong bảng 3.5. Bảng 3.5. Tính chất cơ học của polyme blend PA6/EVOH Tỷ lệ thành phần Độ bền kéo đứt Độ dãn dài khi đứt PA6/EVOH, (%) (MPa) (%) 100/0 60,4 29,5 90/10 58,7 42,5 80/20 52,6 58,6 75/25 48,6 74,2 50/50 32,4 68,4 0/100 25,1 17,2 Kết quả cho thấy độ bền kéo đứt của các mẫu polyme blend PA6/EVOH giảm khi tăng hàm lượng EVOH. Tuy nhiên độ dãn dài khi đứt lại tăng khi hàm lượng EVOH tăng từ 0-25%, khi tăng hàm lượng EVOH lên cao hơn 25% thì độ dãn dài khi đứt lại giảm. 3.1.2.3. Hình thái học bề mặt của polyme blend PA6/EVOH Hình thái học bề mặt gãy của các polyme blend PA6/EVOH được thể hiện trên hình 3.11.
11 PA6/EVOH 90/10 PA6/EVOH 80/20 PA6/EVOH 75/25 Hình 3.11. Ảnh SEM bề mặt gẫy của các mẫu polyme blend PA6/EVOH Quan sát ảnh SEM bề mặt gẫy của các mẫu polyme blend PA6/EVOH thấy rằng bề mặt gãy tương đối nhẵn, mịn, rất khó phân biệt hình thái hai pha PA6 và EVOH sau khi trộn. Điều này chứng tỏ sự phân tán tốt của hai pha vào nhau. Hình thái học bề mặt của các mẫu polyme blend sau khi ngâm mẫu trong dung dịch dioxan được trình bày trong hình 3.12. Tỷ lệ PA6/EVOH 90/10 Tỷ lệ PA6/EVOH 80/20 Tỷ lệ PA6/EVOH 75/25 Hình 3.12. Ảnh SEM của các mẫu polyme blend PA6/EVOH sau khi ngâm mẫu trong dioxan Kết quả phân tích ảnh SEM bề mặt ăn mòn của các mẫu polyme blend thấy rằng với mẫu có chứa hàm lượng EVOH thấp (hình 3.12a) không thấy xuất hiện vùng phân tán EVOH trong pha nền PA6. Khi tăng hàm lượng EVOH (các hình 3.12 (b), (c) và (d)) thì các vùng EVOH ăn mòn xuất hiện và số lượng các vùng bị ăn mòn này tăng và kích thước các vùng rộng hơn khi tăng hàm lượng EVOH trong các mẫu polyme blend. 3.1.2.4. Nhiệt lượng quét vi sai (DSC) của vật liệu polyme blend PA6/EVOH Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần PA6/EVOH đến tính chất nhiệt (nhiệt độ kết tinh Tc, nhiệt độ nóng chảy Tm và nhiệt độ thủy tinh hóa Tg) của polyme blend PA6/EVOH được trình bày trong bảng 3.6. Kết quả cho thấy nhiệt độ nóng chảy của PA6 trong các mẫu polyme blend PA6/EVOH giảm từ 226,3oC xuống 207,1oC khi hàm lượng EVOH tăng từ 0-50%, đồng thời không quan sát thấy quá trình hấp thụ nhiệt nóng chảy của EVOH. Nhiệt độ kết tinh của PA6 giảm từ 193oC xuống 170oC khi hàm lượng EVOH tăng đến 50%. Điều này cho thấy sự hình thành các liên kết hydro nội
12 phân tử và ngoại phân tử và tương tác hóa học giữa hai polyme tạo thành copolyme khối (gồm các block EVOH và block PA6). Bảng 3.6. Kết quả phân tích DSC của polyme PA6, EVOH và các mẫu polyme blend PA6/EVOH Tỷ lệ Tính chất nhiệt của polyme blend PA6/EVOH Tc (oC) Tm (oC) 100/0 193,0 226,3 90/10 189,2 218,1 80/20 185,0 214,8 75/25 181,1 213,3 50/50 170,4 207,1 0/100 162,3 184,4 3.2. Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp chống thấm khí trên cơ sở polyme blend EVOH và đánh giá tuổi thọ của vật liệu 3.2.1. Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PE-EVOH/PE 3.2.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH trong lớp 1 và lớp 3 đến tính chất của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE tiến hành chế tạo màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE với lớp 2 (polyme blend PE/EVOH) chiếm 15% về khối lượng, lớp 1 và lớp 3 (polyme blend LLDPE/PE-g-MAH) chiếm tổng số 85% về khối lượng. Hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH trong lớp 1 và lớp 3 thay đổi từ 0-8%. 3.2.1.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến hình thái học bề mặt của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Ảnh SEM bề mặt gãy của mẫu màng 3 lớp PE/PE-EVOH/PE với hàm lượng lớp polyme blend PE/EVOH 15% có và không có chất trợ tương hợp được trình bày trong hình 3.16. (a) (b) (c) Hình 3.16. Ảnh SEM bề mặt gẫy của màng PE/PE-EVOH/PE a) mẫu không có PE-g-MAH; b) mẫu chứa 2% PE-g-MAH; c) mẫu chứa 4% PE-g-MAH Ảnh chụp bề mặt gẫy của mẫu màng PE/PE-EVOH/PE chứa chất trợ tương hợp PE-g-MAH cho thấy với 2% chất trợ tương hợp bề mặt phân chia pha giữa các lớp vẫn tương đối rõ ràng, nhưng khi hàm lượng chất trợ tương
13 hợp tăng lên đến 4% thì khó quan sát thấy sự phân chia giữa các lớp, thể hiện tính kết dính tốt giữa các lớp. Có thể giải thích là do lớp EVOH cần đủ lượng PE-g-MAH để phát triển liên kết cộng hóa trị thông qua phản ứng giữa nhóm anhydrit của PE-g-MAH với các nhóm hydroxyl của EVOH trên bề mặt liên pha giữa LLDPE và EVOH. 3.2.1.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE được thể hiện trên hình 3.17. 35 650 Độ dãn dài khi đứt (%) Độ bền kéo đứt (MPa) 30 600 25 550 20 500 15 Độ bền kéo đứt 450 Độ dãn dài khi đứt 10 400 0 2 4 6 8 Hàm lượng PE-g-MAH Hình 3.17. Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất cơ lý của màng PE/PE-EVOH/PE Kết quả cho thấy khi bổ sung 2% PE-g-MAH, độ bền kéo đứt của màng đa lớp giảm nhẹ, sau đó độ bền kéo đứt tăng nhẹ khi hàm lượng PE-g- MAH đạt 4% và gần như không đổi nếu tiếp tục tăng hàm lượng PE-g-MAH. Như vậy có thể thấy rằng PE-g-MAH gần như không ảnh hưởng đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE. 3.2.1.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất thẩm thấu oxy (OTR), thẩm thấu hơi nước (WVTR) của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính thẩm thấu của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE được tổng hợp trong bảng 3.8. Bảng 3.8. Tính chất thẩm thấu oxy và hơi nước của màng đa lớp PE/PE- EVOH/PE với hàm lượng PE-g-MAH khác nhau (PE/EVOH chiếm 15%) Tính chất thẩm Hàm lƣợng PE-g-MAH (%) thấu 0 2 4 6 8 Độ thẩm thấu O2 3,01 3,22 3,26 4,58 5,64 (ml/m2.ngày) Độ thẩm thấu hơi 6,87 6,85 6,89 6,86 7,01 nước (g/m2.ngày) Kết quả cho thấy khi hàm lượng PE-g-MAH tăng từ 0 – 4% thì độ thẩm thấu oxy của màng PE/PE-EVOH/PE gần như không thay đổi. Tuy nhiên, ở hàm lượng PE-g-MAH > 6% thì độ thẩm thấu oxy tăng. Kết quả cũng cho
14 thấy độ thẩm thấu hơi nước của màng không bị ảnh hưởng bởi hàm lượng PE-g-MAH. 3.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng polyme blend PE/EVOH (lớp 2) đến tính chất của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng lớp giữa (lớp polyme blend PE/EVOH) đến tính chất của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE tiến hành chế tạo màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE với hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g- MAH trong lớp 1 và lớp 3 là 4%, hàm lượng polyme blend PE/EVOH (lớp 2) thay đổi từ 5 đến 20% 3.2.1.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng lớp polyme blend PE/EVOH đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Ảnh hưởng của hàm lượng lớp polyme blend PE/EVOH đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE được tổng hợp trong bảng 3.9. Bảng 3.9. Tính chất cơ học của các mẫu màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Hàm lƣợng lớp Độ bền kéo đứt Độ dãn dài khi đứt PE/EVOH (%) (MPa) (%) 5 32,3 680,3 10 31,4 661,7 15 30,5 624,8 20 29,8 605,5 Kết quả đo tính chất cơ học cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các mẫu màng đa lớp đều giảm nhẹ khi tăng hàm lượng lớp blend PE/EVOH. Điều này là do lớp blend PE/EVOH có độ dãn dài khi đứt thấp hơn nhiều so với nhựa LLDPE. Đặc biệt EVOH là một copolyme có độ kết tinh cao (58 – 70%) do đó nó khá giòn hay độ dãn dài khi đứt thấp nên khi tăng hàm lượng của chúng làm giảm độ dãn dài khi đứt của màng đa lớp. 3.2.1.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng lớp polyme blend PE/EVOH đến tính chất thẩm thấu oxy (OTR), thẩm thấu hơi nước (WVTR) của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE Kết quả đo độ thẩm thấu oxy và hơi nước của màng đa lớp với hàm lượng lớp blend PE/EVOH khác nhau được trình bày trong bảng 3.10. Bảng 3.10. Tính chất thẩm thấu oxy và hơi nước của màng đa lớp PE/PE- EVOH/PE (hàm lượng PE-g-MAH 4%) Hàm lƣợng lớp blend PE/EVOH (%) Tính chất thẩm thấu 5 10 15 20 Độ thẩm thấu O2 20,60 12,13 3,26 2,34 (ml/m2.ngày) Độ thẩm thấu hơi nước 4,78 5,34 6,89 9,58 (g/m2.ngày) Kết quả cho thấy khi hàm lượng lớp blend PE/EVOH tăng, độ thẩm thấu oxy của màng đa lớp giảm đáng kể. Trong khoảng hàm lượng lớp blend
15 từ 5 – 15%, độ thẩm thấu oxy giảm mạnh và sau đó giảm không đáng kể khi hàm lượng lớp blend PE/EVOH tăng lên 20%. Độ thẩm thấu hơi nước của màng PE/PE-EVOH/PE tăng khi tăng hàm lượng lớp blend PE/EVOH. Điều này được giải thích là do EVOH có các nhóm -OH dẫn đến tính ưa nước của nó. Hhàm lượng lớp blend PE/EVOH càng tăng đồng nghĩa với hàm lượng EVOH tăng dẫn đến số lượng nhóm OH tăng khiến chúng càng ưa nước. 3.2.2. Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PA-EVOH/PE 3.2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE Để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH trong lớp 1 và lớp 3 đến tính chất của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE tiến hành chế tạo màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE với lớp 2 (polyme blend PA6/EVOH) chiếm 10% về khối lượng, lớp 1 và lớp 3 (polyme blend LLDPE/PE-g-MAH) chiếm tổng số 90% về khối lượng. Hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH trong lớp 1 và lớp 3 thay đổi từ 0-10%. 3.2.2.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến hình thái học bề mặt của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE Ảnh SEM bề mặt gãy của mẫu màng 3 lớp PE/PA-EVOH/PE với hàm lượng lớp polyme blend PA6/EVOH 15% có chất trợ tương hợp được trình bày trong hình 3.19. (a) bề mặt gãy của (b) bề mặt gãy lớp (c) bề mặt gãy lớp màng polyme blend polyme blend LLDPE/PE-g-MAH PA6/EVOH Hình 3.19. Ảnh SEM bề mặt gẫy của màng PE/PA-EVOH/PE chứa 4% chất trợ tương hợp PE-g-MAH Quan sát bề mặt cắt màng (hình 3.19a) có thể thấy tương tác tại bề mặt phân cách giữa hai pha là tương đối tốt. Điều này là do ở trạng thái đùn nóng chảy, trên bề mặt giữa các lớp màng có liên kết cộng hóa trị giữa nhóm cacbonyl của MAH trong PE-g-MAH với nhóm amin trong PA6 và nhóm hydroxyl trong EVOH. Tương tác mạnh này dẫn đến tăng sự kết dính giữa lớp polyme blend LLDPE/PE-g-MAH và lớp polyme blend PA6/EVOH. 3.2.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE được thể hiện trên hình 3.20.
16 35 700 Độ dãn dài khi đứt (%) 30 650 Độ bền kéo đứt (MPa) 600 25 550 20 500 15 Độ bền kéo đứt 450 Độ dãn dài khi đứt 10 400 0 2,5 5 7,5 10 Hàm lượng PE-g-MAH Hình 3.20. Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất cơ học của màng đa lớp Kết quả cho thấy PE-g-MAH không làm thay đổi đáng kể độ bền kéo đứt của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE. Kết quả cũng cho thấy độ dãn dài khi đứt của các mẫu màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE tăng nhẹ khi bổ sung PE-g- MAH và độ dãn dài khi đứt tăng khi tăng hàm lượng PE-g-MAH trong màng. 3.2.2.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất thẩm thấu oxy (OTR), thẩm thấu hơi nước (WVTR) của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE Ảnh hưởng của hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất thẩm thấu của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE được tổng hợp trong bảng 3.11. Bảng 3.11. Tính chất thẩm thấu oxy và hơi nước của màng đa lớp PE/PA- EVOH/PE với hàm lượng PE-g-MAH khác nhau (PA6/EVOH chiếm 10%) Tính chất thẩm Hàm lƣợng PE-g-MAH (%) thấu 0 2,5 5 7,5 10 Độ thẩm thấu O2 1,86 2,52 2,43 4,21 5,39 (ml/m2.ngày) Độ thẩm thấu hơi 6,70 6,69 6,72 6,79 6,75 nước (g/m2.ngày) Kết quả cho thấy sự có mặt của PE-g-MAH làm tăng độ thẩm thấu oxy. Tuy nhiên, khi hàm lượng PE-g-MAH tăng từ 2,5 – 5% thì độ thẩm thấu oxy gần như không thay đổi. Khi hàm lượng PE-g-MAH > 5% thì độ thẩm thấu oxy mới tăng rõ rệt. Kết quả cũng cho thấy xu hướng tương tự như đối với màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE, PE-g-MAH không ảnh hưởng đến độ thẩm thấu hơi nước của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE. 3.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng polyme blend PA6/EVOH (lớp 2) đến tính chất của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE Để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng lớp giữa (lớp polyme blend PA6/EVOH) đến tính chất của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE tiến hành chế tạo màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE với hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g- MAH trong lớp 1 và lớp 3 là 5%, hàm lượng polyme blend PA6/EVOH (lớp 2) thay đổi từ 5 đến 20%.
17 3.2.2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polyme blend PA6/EVOH đến tính chất cơ học của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE Ảnh hưởng của hàm lượng lớp blend PA6/EVOH đến tính chất cơ học của màng đa lớp được trình bày trong bảng 3.12. Bảng 3.12. Tính chất cơ học của màng đa lớp với hàm lượng lớp blend PA6/EVOH khác nhau Tỷ lệ % khối lƣợng lớp Độ bền kéo đứt Độ dãn dài khi PA6/EVOH trong màng đa lớp (MPa) đứt (%) 5 30,7 560,4 10 34,1 520,8 15 35,2 512,7 20 35,7 508,6 Kết quả ở bảng 3.12 cho thấy giá trị độ bền kéo đứt của màng tăng nhẹ khi tăng hàm lượng lớp blend từ 10-15%. Khi tiếp tục tăng hàm lượng lớp blend lên 20% thì giá trị độ bền kéo đứt gần như không đổi. 3.2.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng polyme blend PA6/EVOH đến ính chất thẩm thấu oxy (OTR), thẩm thấu hơi nước (WVTR) của màng đa lớp PE/PA- EVOH/PE Kết quả đo độ thẩm thấu oxy và thẩm thấu hơi nước của màng đa lớp với hàm lượng lớp blend khác nhau được trình bày trong bảng 3.13. Bảng 3.13. Tính chất thẩm thấu oxy và hơi nước của màng đa lớp PE/PA- EVOH/PE (hàm lượng PE-g-MAH 5%) Tính chất thẩm Hàm lƣợng lớp blend PA6/EVOH (%) thấu 5 10 15 20 Độ thẩm thấu O2 4,54 2,43 1,69 1,32 (ml/m2.ngày) Độ thẩm thấu hơi 5,6 6,72 8,1 11,1 nước (g/m2.ngày) Kết quả cho thấy, khi hàm lượng lớp blend (chiều dày lớp giữa) tăng thì độ thẩm thấu khí O2 giảm đáng kể. Xét về độ thẩm thấu hơi nước (WVTR), khi hàm lượng lớp blend tăng thì giá trị WVTR tăng nhẹ. So sánh với màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE có cùng hàm lượng lớp giữa thấy rằng khả năng chắn oxy của màng PE/PA-EVOH/PE tốt hơn, hay độ thẩm thấu oxy thấp hơn. Điều này có thể giải thích là do PA6 có khả năng chắn khí oxy cao hơn nhiều so với PE nhưng lại nhỏ hơn EVOH. Ngược lại khả năng chắn hơi nước của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE kém hơn so với màng PE/PE-EVOH/PE với cùng hàm lượng lớp giữa, do PA6 chứa nhóm amit phân cực, ưa nước nên làm cho độ thẩm thấu hơi nước cao hơn. Nhận xét chung: từ các kết quả nghiên cứu của mục 3.2 có thể thấy rằng với cùng hàm lượng lớp giữa thì màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE có độ thẩm thấu hơi nước thấp hơn nhưng độ thẩm thấu oxy lại cao hơn so với
18 màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE. Vì vậy tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà lựa chọn loại màng cho phù hợp. Theo một số nghiên cứu, để làm màng chống thấm khí thì độ thẩm thấu oxy của màng phải ≤ 5 ml/m2.ngày và độ thẩm thấu hơi nước của màng phải ≤ 8 g/m2.ngày. Kết quả cho thấy màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE với hàm lượng lớp polyme blend PE/EVOH 15% và màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE với hàm lượng lớp polyme blend 5, 10 và 15% (kí hiệu lần lượt là PAEV-5, PAEV-10, PAEV-15) đều đạt yêu cầu làm màng chống thấm khí. 3.3. Nghiên cứu ứng dụng màng đa lớp chống thấm khí trong bảo quản nông sản khô 3.3.1. Nghiên cứu ứng dụng màng đa lớp chống thấm khí trong bảo quản ngô hạt 3.3.1.1. Ảnh hưởng của điều kiện đóng gói đến chất lượng của ngô hạt Ngô ở độ ẩm 10,98% được đóng vào các túi màng chống thấm khí PAEV-10, sau đó được hút chân không trên máy BZQ 500 (Ngô-CK) (áp suất chân không -0,08MPa). Các mẫu đối chứng (không hút chân không, Ngô-T) được tiến hành tương tự. Sự thay đổi chất lượng của ngô hạt trong các điều kiện bảo quản khác nhau được tổng hợp trong bảng 3.15. Bảng 3.15. Chất lượng của ngô hạt trong các điều kiện khác nhau theo thời gian bảo quản Chỉ tiêu chất Thời gian bảo quản (tháng) Mẫu lượng 0 2 4 6 8 Ngô-CK 10,98 10,96 11,04 11,09 11,18 Độ ẩm (%) Ngô-T 10,98 11,30 11,64 11,95 12,05 Hàm lượng tinh Ngô-CK 74,58 74,49 74,32 74,26 73,02 bột (%) Ngô-T 74,58 74,33 73,06 71,93 70,14 Hàm lượng Ngô-CK 9,07 9,06 8,97 8,81 8,60 protein thô (%) Ngô-T 9,07 9,04 8,89 8,12 6,93 Hàm lượng Ngô-CK 4,20 4,18 4,16 4,08 3,89 chất béo (%) Ngô-T 4,20 4,15 3,87 3,56 3,04 Kết quả cho thấy bảo quản bằng bao bì kín khí có hút chân không cho hiệu quả tốt hơn khi không hút chân không nên phương pháp này được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.3.1.2. Ảnh hưởng của độ ẩm của ngô hạt đến khả năng bảo quản ngô Ngô ở các độ ẩm khác nhau: 10,98; 12,04 và 13,10% được đóng trong các túi chống thấm khí PAEV-10 và hút chân không đến áp suất chân không - 0,08MPa. Độ ẩm của khối hạt là một chỉ tiêu quan trọng quyết định thời gian bảo quản hạt bởi nó ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của vi sinh vật, nấm mốc. Mức độ nhiễm nấm men, nấm mốc của nguyên liệu ngô hạt có độ ẩm khác nhau được tổng hợp trong bảng 3.16.