Luận án tiến sĩ: Chế tạo và nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới polymer bởi Hoàng Thị Vân An

Header Page 1 of 146. `` BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC 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: 62.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. NGUYỄN VĂN KHÔI HÀ NỘI - 2012 Footer Page 1 of 146. Header Page 2 of 146.

MỞ ðẦU 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. Nông nghiệp là một trong những lĩnh vực chủ yếu ñược 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 ñược 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 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. Tuy nhiên, màng polyme che phủ nhà lưới dễ dàng bị ảnh hưởng bởi các ñiều kiện môi trường khắc nghiệt trong quá trình sử dụng. Kết hợp các yếu tố có hại như bức xạ mặt trời, nhiệt ñộ, việc sử dụng hoá chất nông nghiệp cùng nhiều yếu tố khác có thể tác ñộng tới cấu trúc hoá học của polyme và gây ra những thay ñổi 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 ñược coi là phế thải sau khi hết hạn sử dụng.

Công nghệ chế tạo màng polyme hấp thụ UV, bền thời tiết ñể che phủ nhà lưới còn chưa ñược quan tâm nghiên cứu ñúng mức trong khi nhu cầu Footer Page 2 of 146. 1 Header Page 3 of 146. thực tế ñối với loại màng này ngày càng tăng, nhất là trong bối cảnh hiện ñại 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 ñều là sản phẩm hoặc công nghệ nhập ngoại với giá thành tương ñối ñắt.

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 lý 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. Với mục tiêu ñó, những nhiệm vụ nghiên cứu mà luận án phải thực hiện là: 1.

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 ñiều kiện gia tốc thời tiết. - Nghiên cứu tính chất của màng phủ nhà lưới 3 lớp trong ñiều kiện phơi mẫu tự nhiên.

Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho 4 ñối tượng cây trồng là cây cai mơ, cây xà lách, cây bí ñao và cây dưa chuột. TỔNG QUAN Footer Page 3 of 146. 2 Header Page 4 of 146. Giới thiệu chung về polyolefin Polyme là những ñại phân tử mạch dài.

Tính chất của chúng phụ thuộc vào ñộ dài mạch hiệu dụng. Polyolefin là một nhóm polyme thu ñược từ quá trình trùng hợp α-olefin. Chúng là vật liệu hóa học ñược sản xuất khắp thế giới ở qui mô lớn (>40. Chúng có chi phí sản xuất thấp, không ñộc và có nhiều tính chất hữu dụng.

Những ứng dụng trực tiếp bao gồm làm màng bao gói, hộp chứa, vải dệt, túi sợi, túi ñựng sandwich, ống nước, chống va ñập cho ôtô… Những ứng dụng ngoài trời thường thấy trong các lĩnh vực: nông nghiệp (màng phủ nông nghiệp, nhà kính…), ngư nghiệp (lưới ñánh cá, dây thừng…), xây dựng (mái tole, sơn, bạt che, ghế sân vận ñộng…), ñiện (dây truyền tải ñiện, hộp ñấu nối ngoài trời…). Ứng dụng của chúng trong ñời sống hằng ngày ñược dự báo là sẽ ngày càng tăng. Polyolefin ñang dần thay thế những loại chất dẻo khác ñang ñược sử dụng. Người ta dự ñoán rằng hơn 70% nhựa nhiệt dẻo sẽ là polyolefin trong thiên niên kỉ mới [3].

Chất dẻo thường ñược nhuộm màu hoặc in ñể làm chúng hấp dẫn hơn (ví dụ túi mua hàng…). Vấn ñề môi trường liên quan tới polyme phế thải có thể ñược giảm thiểu nhờ quá trình tái chế và các công nghệ khác. Công nghiệp sản xuất polyolefin có liên quan trực tiếp ñến sự phát triển các phụ gia thích hợp ñể chuyển nguyên liệu ban ñầu thành chất dẻo mong muốn. Một trong các lý do chính ñể sử dụng polyolefin làm nguyên liệu là tính trơ và kháng hóa chất cho một số lượng lớn sản phẩm ñóng gói hoặc môi trường tiếp xúc [3 – 5].

Những thay ñổi vật lý trong polyolefin do môi trường ñược thừa nhận là nguyên nhân chính cho sự hư hỏng của polyme [6 – 8]. Hầu hết các polyolefin ñều là vật liệu bán tinh thể. Hoạt ñộng của chúng có thể ñược phát hiện bởi cấu trúc ña pha này. Polypropylen và polyetylen là những polyme quan trọng nhất bởi vì chúng ñược sử dụng thường xuyên hơn các polyme Footer Page 4 of 146.

3 Header Page 5 of 146. khác do sự ña dạng trong hình thái học và sự khác nhau về cấu trúc mạch góp phần mở rộng phạm vi tính chất vật lý trong polyolefin và là chìa khóa ñể chúng ñược sử dụng rộng rãi [7,9]. Cho ñến nay khả năng phân hủy và làm bền polyolefin ñã ñược tìm hiểu sâu hơn từ ñó phát triển thêm những chất làm bền có hiệu quả và những công thức pha trộn nóng chảy tinh vi, có thể kiểm soát những nhược ñiểm chính của chúng là hiện tượng dễ bị phân hủy khi gia công và sử dụng ngoài trời [10 – 14]. Ưu ñiểm của màng phủ nhà lưới bằng chất dẻo 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. Việc sử dụng màng phủ polyme chủ yếu phụ thuộc sự thay ñổi các tính chất cơ và quang theo thời gian và môi trường mà chúng tiếp xúc. Trong sản xuất nông nghiệp, màng che phủ nhà lưới có 4 yêu cầu chính: - Trong suốt (ñộ truyền sáng tốt trong vùng khả kiến). - Tuổi thọ cao (ñộ bền tốt ñối với ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết).

- Tính chất cơ học tốt và chống ñọng sương. - Tính chất bảo tồn nhiệt (giảm ñộ truyền bức xạ hồng ngoại trong vùng 1450 – 730cm-1). Diện tích nhà lưới che phủ bằng chất dẻo và tiêu thụ màng chất dẻo hàng năm cho các ứng dụng bảo vệ mùa màng của một số nước châu Âu ñược trình bày trong bảng 1. Diện tích màng chất dẻo sử dụng bảo vệ mùa màng ở các nước châu Âu Quốc gia Phủ nhà lưới Nhà vòm Phủ bổi (ha) Phủ trực Footer Page 5 of 146.

4 Header Page 6 of 146. và nhà vòm thấp (ha) tiếp (ha) lớn (ha) ðức 700 1000 15000 11200 Bỉ 350 200 3400 3000 Tây Ban Nha 53235 14641 120039 1400 Pháp 92000 15000 100000 11000 Hy Lạp 3000 4500 500 400 Hungary 6500 2500 2400 4000 Italy 25000 26000 85000 12000 Anh 2500 1400 10000 12000 Ba Lan 2000 800 - 4000 Bồ ðào Nha 2700 450 23000 - Hà Lan 400 - - 1300 Bungary - 2500 13000 500 Nguồn: Uỷ ban quốc tế về chất dẻo trong nông nghiệp, 2006. Màng chất dẻo ñược sử dụng ñể che phủ nhà lưới chủ yếu là polyetylen 3 hoặc 5 lớp. Công nghệ này tạo cho mái che những ñặc tính ñặc biệt như chống nhỏ giọt, chống bụi, dự trữ nhiệt lượng.

Màng phủ ñược sản xuất hiện nay bền và chịu ñược hơi lưu huỳnh từ thuốc trừ sâu sử dụng trong nhà lưới. Ngoài việc sử dụng làm cấu trúc che phủ, màng phủ bằng chất dẻo còn có tác dụng ñiều khiển và kiểm soát phổ ánh sáng nhằm tác ñộng tới sự phát triển của cây trồng và hoạt ñộng của côn trùng, lọc tia tử ngoại, bức xạ tia hồng ngoại; khúc xạ và phân bố ánh sáng ñể tăng tối ña ảnh hưởng của nó ñối với cây trồng. Một số loại màng phủ có chứa phụ gia ngăn nước nhỏ giọt vào cây trồng (chống sương) và bảo vệ màng khỏi bị phân huỷ. Một ưu ñiểm nữa của màng che phủ LDPE là khả năng tái chế và tái làm bền sau khi sử dụng.

Việc tái chế sử dụng màng chất dẻo che phủ nhà Footer Page 6 of 146. 5 Header Page 7 of 146. lưới ñược thực hiện bằng cách ép ñùn ñồng thời màng chất dẻo 2 lớp. Lớp trên bao gồm hỗn hợp nhựa dẻo mới ñược làm bền bằng các chất ổn ñịnh khác nhau.

Lớp dưới chủ yếu là PE phế thải cùng với nhựa mới và các thành phần khác. Màng 2 lớp ñược ñể gia tốc thời tiết và phơi mẫu ngoài trời ở hai vị trí khác nhau trong gần 1 năm. Các kết quả thu ñược cho thấy màng 2 lớp tối ưu hoá có thể sử dụng thành công làm màng che phủ nhà lưới [16]. Trên quan ñiểm sinh thái và kinh tế thì việc tái chế màng che phủ nhà lưới PE là một giải pháp hứa hẹn nhằm giảm lượng vật liệu thải và tạo ra các sản phẩm có ích, có khả năng sử dụng [17].