Tiến Sĩ Chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
NĂM 2012

MỤC LỤC
Mở đầu 1
Chương 1. Tổng quan 3
Giới thiệu chung về polyolefin . 3
Ưu điểm của màng phủ nhà lưới bằng chất dẻo . 4
Các vật liệu sử dụng để chế tạo màng 6
Polyetylen telephtalat (PET) 7
1.3.2. Polypropylen (PP) . 8
1.3.3. Polyvinyl clorua (PVC) 8
1.3.4. Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) . 9
1.3.5. Polyetylen (PE) 10
1.3.5.1. Phân loại PE . 11
1.3.5.2. Tính chất của PE 12
1.3.5.3. Ứng dụng của PE 13
1.4. Các khả năng phân hủy của polyolefin trong quá trình gia công
và sử dụng . 13
1.4.1. Phân hủy nhiệt . 14

Các phản ứng phân hủy 14
Các phản ứng oxi hóa nhiệt 15

1.4.1.3. Cơ chế oxi hóa nhiệt 16
1.4.2. Phân hủy quang . 20

Quá trình hấp thụ ánh sáng 20
Cơ chế phân hủy quang . 22

1.4.3. Phân hủy cơ học 29
1.4.4. Phân hủy hóa học . 29

Các phụ gia trong công nghệ chế tạo màng 30
Phụ gia chống oxi hóa 31
Phụ gia ổn định quang . 31
Chất hấp thụ bức xạ tử ngoại (UVA) . 31
Chất dập gốc tự do và trạng thái kích thích (Quencher) 33
Chất ổn định quang cấu trúc amin cồng kềnh (HALS) 34
1.5.3. Phụ gia chống đọng sương 39
1.5.4. Các phụ gia khác . 41
1.5.5. Tác dụng hiệp lực và tác dụng đối kháng – các yếu tố chi phối việc lựa chọn chất ổn định . 42
Công nghệ chế tạo và ứng dụng của màng phủ nhà lưới 45

Công nghệ chế tạo màng phủ nhà lưới 45
1.6.1.1. Phương pháp cán 45
Phương pháp đùn đúc . 45
Phương pháp đùn thổi . 46
Chế tạo hạt nhựa chứa phụ gia . 46
Thiết bị thổi màng 46
1.6.2. Ứng dụng của màng phủ nhà lưới trong nông nghiệp . 48
Chương 2. Thực nghiệm 53
2.1. Nguyên liệu và hóa chất . 53
2.2. Thiết bị nghiên cứu . 55
Phương pháp tiến hành 56
Tạo chất chủ (masterbatch) . 56
Quá trình thổi màng . 56
Thử nghiệm gia tốc thời tiết 57
Thử nghiệm phơi mẫu tự nhiên 57
Xác đinh tính chất cơ lí 572.
3.6. Đo phổ hồng ngoại 57
2.3.7. Xác định chỉ số cacbonyl . 58
2.3.8. Đo phổ tử ngoại . 58
Phân tích nhiệt (DSC) . 58
Xác định hình thái học bề mặt 58
Đánh giá hiệu quả chống đọng sương . 58
Mô hình khảo nghiệm 59
Các nội dung nghiên cứu và khảo sát . 65
Nghiên cứu chế tạo phụ gia cho quá trình chế tạo màng hấp thụ UV, bền thời tiết 65
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia ổn định quang 65
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống oxi hóa 66
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống đọng sương . 66
Chế tạo và nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết 66
Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới 3 lớp trong điều kiện gia tốc thời tiết . 66
Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới 3 lớp trong điều kiện phơi mẫu tự nhiên
Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền
thời tiết cho một số đối tượng cây trồng 68
Chương 3. Kết quả và thảo luận 69
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia cho quá trình chế tạo màng hấp thụ UV, bền thời tiết 69
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia ổn định quang 69
Ảnh hưởng của loại phụ gia ổn định quang 69
Ảnh hưởng của chiều dày màng . 71
Chỉ số cacbonyl 78
3.1.1.4. Nhiệt vi sai quét (DSC) 79
3.1.1.5. Phổ tử ngoại khả kiến . 80
3.1.1.6. Hình thái học bề mặt . 82
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống oxi hóa . 83
3.1.2.1. Độ dãn dài khi đứt và độ bền kéo đứt 84
3.1.2.2. Chỉ số cacbonyl 86
3.1.2.3. Phổ hồng ngoại . 87
Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống đọng sương 88
Chế tạo và nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết 91
Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới trong điều kiện gia tốc thời tiết . 94
3.2.1.1. Tính chất cơ lí 94
3.2.1.2. Chỉ số cacbonyl . 96
3.2.1.3. Phổ hồng ngoại 97
3.2.1.4. Hình thái học bề mặt . 98
Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới trong điều kiện phơi mẫu tự nhiên 99
3.2.2.1. Tính chất cơ lí . 99
3.2.2.2. Chỉ số cacbonyl 100
3.2.2.3. Phổ hồng ngoại 101
3.2.2.4. Phổ UV- vis 102
3.2.2.5. Hình thái học bề mặt . 103
3.2.2.6. Hiệu quả chống đọng sương . 103
3.2.2.7. Đánh giá tuổi thọ của màng 3 lớp . 105

Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho 1 số đối tượng cây trồng 106
Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho cây thân thấp . 106
Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của cải mơ 106
Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của xà lách . 109
Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho cây thân leo . 114
Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của bí đao 114
Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của dưa chuột . 116
Kết luận chung 123
Danh mục các công trình khoa học liên quan đến luận án đã được công bố 125
Tài liệu tham khảo 126


MỞ ĐẦU
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 đạt mức kỉ lục, ước đạt 19,15 tỉ USD tăng gần 22,6% so với năm 2009, vượt 77,3% so với mục tiêu được Đại hội Đảng X đề ra. Cùng với chương trình nông thôn mới bắt đầu được triển khai, nhiều chính sách và chủ trương mới của Đảng và Nhà nước hướng về nông thôn, hỗ trợ nông dân đã và đang được quan tâm áp dụng.
Nông nghiệp là một trong những lĩnh vực chủ yếu được hưởng lợi nhờ khai thác những tính chất có ích của chất dẻo nói riêng và polyme nói chung. Các loại chất dẻo khác nhau được sử dụng trong nông nghiệp dưới dạng màng, ống hay tấm. 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 đất). Trong đó, màng che phủ nhà lưới là quan trọng nhất bởi nó được sử dụng với khối lượng lớn. Màng polyme không chỉ làm tăng nhiệt độ của đất 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.
Tuy nhiên, màng polyme che phủ nhà lưới dễ dàng bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường khắc nghiệt trong quá trình sử dụng. Kết hợp các yếu tố có hại như bức xạ mặt trời, nhiệt độ, việc sử dụng hoá chất nông nghiệp cùng nhiều yếu tố khác có thể tác động tới cấu trúc hoá học của polyme và gây ra những thay đổi tính chất quang học cũng như cơ học [1,2]. Chính vì vậy, thời hạn sử dụng của màng che phủ nhà lưới bị rút ngắn và được coi là phế thải sau khi hết hạn sử dụng.
Công nghệ chế tạo màng polyme hấp thụ UV, bền thời tiết để che phủ nhà lưới còn chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức trong khi nhu cầu thực tế đối với loại màng này ngày càng tăng, nhất là trong bối cảnh hiện đại hoá nông nghiệp, nông thôn. Các sản phẩm màng phủ nhà lưới cũng như hệ thống thiết bị sản xuất màng có trên thị trường hiện nay đều là sản phẩm hoặc công nghệ nhập ngoại với giá thành tương đối đắt. Việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị để sản xuất màng che phủ nhà lưới là khá phức tạp, đòi hỏi phải nghiên cứu có hệ thống mới có thể đạt được kết quả như mong muốn. Tuy nhiên, nếu chúng ta chủ động được công nghệ sản xuất loại màng này thì sẽ rất thuận lợi trong việc triển khai ứng dụng thực tế. Chính vì vậy, đề 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 đích 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.

Với mục tiêu đó, những nhiệm vụ nghiên cứu mà luận án phải thực hiện là:
Lựa chọn và nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại phụ gia tới quá trình phân hủy quang của màng LDPE. 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 điều kiện gia tốc thời tiết.
Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới 3 lớp trong điều kiện phơi mẫu tự nhiên.
Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho 4 đối tượng cây trồng là cây cai mơ, cây xà lách, cây bí đao và cây dưa chuột.