BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG
NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
---------------o0o---------------

NGUYỄN THỊ THỨC

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME TIÊN TIẾN, THÂN
THIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO BẦU
ƯƠM CÂY

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:1. TS. Trịnh Đức Công
2. GS.TS. Nguyễn Văn Khôi

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. Trịnh Đức Công
GS. TS. Nguyễn Văn Khôi

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

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Ngày nay, nhựa polyetylen (PE) phế thải đã và đang đặt ra những vấn đề
ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và gây tổn thương đến hệ sinh thái. PE
thường không phân hủy và do đó vẫn tồn tại dưới dạng chất thải trong môi
trường với thời gian rất dài gây hại đối với sức khỏe con người. Do những ưu
điểm về giá thành cũng như phương pháp gia công đơn giản, các loại màng chất
dẻo chế tạo từ polyetylen (PE) đang được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh
vực như: bao gói, che phủ và dùng để chế tạo bầu ươm cây trong nông nghiệp.
Ở Việt Nam, nhu cầu sản xuất cây giống trong bầu ươm cho cây ăn quả,
cây nông lâm nghiệp ngày càng tăng, hầu hết các loại cây giống đều được trồng
trong bầu. Bầu ươm là môi trường trồng cây và chứa nguồn dinh dưỡng cẩn
thiết để cung cấp cho cây trồng ở giai đoạn sinh trưởng và phát triển đầu tiên.
Thành phần và đặc tính của bầu ươm đóng vai trò quyết định đến số lượng, chất
lượng cây giống và thời gian cây lưu bầu.
Túi bầu ươm cây tự hủy chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và phụ gia

xúc tiến oxy hóa là một hướng nghiên cứu mới góp phần giảm thiểu ô nhiễm
môi trường. Đồng thời việc sử dụng túi bầu ươm này đem lại ý nghĩa về mặt
kinh tế cao, tiết kiệm được công xé bầu.
Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng một số vật liệu tiên tiến, thâm thiện với môi
trường như: polyme siêu hấp thụ nước và polyme liên kết đất trong chế tạo ruột
bầu cũng là một hướng đi mới nhằm cải thiện khả năng giữ nước, tăng lượng
ẩm sẵn có ở vùng rễ, giữ chất dinh dưỡng, ngăn quá trình rửa trôi chất dinh
dưỡng trong đất và liên kết các hạt đất, giúp không làm vỡ bầu ươm khi vận
chuyển đến nơi gieo trồng, cây trồng phát triển tốt, giảm số lần tưới, tiết kiệm
được công lao động và nâng cao chất lượng cây giống.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, luận án tập trung vào “Nghiên cứu một số
vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu
ươm cây” với mục tiêu và nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu khả năng phân hủy của màng chế tạo trên cơ sở polyetylen
tái sinh và phụ gia xúc tiến oxy hóa từ đó chế tạo được túi bầu ươm có thời
gian tự hủy khác nhau.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hai loại vật liệu polyme siêu hấp thụ nước
và polyacrylamit đến tính chất của tổ hợp vật liệu chế tạo ruột bầu.
- Đánh giá được khả năng ứng dụng của bầu ươm cây tiên tiến, thân
thiện môi trường cho một số đối tượng cây trồng.
3. Những nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án


2

- Nghiên cứu quá trình phân hủy giảm cấp và phân hủy trong điều kiện tự
nhiên của màng chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và hỗn hợp phụ gia xúc
tiến oxy hóa Mn(II) stearat, Fe(III) stearat, Co(II) stearat. Từ đó, chế tạo được
túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác nhau.

- Nghiên cứu khả năng giữ ẩm của vật liệu polyme siêu hấp nước và khả
năng làm bền cấu trúc của polyacrylamit. Kết hợp sử dụng tổ hợp hai loại vật
liệu này để cải thiện một số tính năng của ruột bầu ươm.
- Thử nghiệm bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường cho cây thông,
cây keo và cây bạch đàn.
4. Cấu trúc luận án
Luận án gồm 128 trang, bao gồm Mở đầu, chương 1 tổng quan, chương 2
nội dung và phương pháp nghiên cứu, chương 3 kết quả và thảo luận, kết luận,
tài liệu tham khảo, danh mục công trình công bố, với 51 hình, 25 bảng và 97 tài
liệu tham khảo.
NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Tổng quan đã trình bày tổng quát về đặc điểm, cấu tạo của bầu gieo ươm
gồm 2 thành phần chính: Túi bầu và ruột bầu. Các ưu nhược điểm của bầu ươm
cây hiện nay, tình hình nghiên cứu ở trong nước và trên thế giới về bầu ươm
cây. Đã có nhiều nghiên cứu chế tạo túi bầu PE tự hủy nhưng chưa có tài liệu
nào nghiên cứu chế tạo túi bầu PE có thời gian tự hủy khác nhau từ PE tái sinh
để phù hợp với đặc tính của từng loại cây trồng.
- Túi bầu PE tự hủy trên cơ sở polyetylen phế thải là một hướng nghiên
cứu mới góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đồng thời việc sử dụng túi
bầu ươm này đem lại ý nghĩa về mặt kinh tế cao, tiết kiệm được công xé bầu.
- Vật liệu SAP và PAM là các vật liệu tiên tiến, thân thiện môi trường có
tính năng tốt để cải tạo đất và có thể sử dụng cho bầu ươm cây.
Chính vì vậy, nghiên cứu chế tạo túi bầu PE có thời gian tự hủy khác
nhau kết hợp với việc sử dụng SAP và PAM trong tổ hợp vật liệu ruột bầu
nhằm cải thiện một số tính năng của bầu ươm hiện nay là một hướng đi mới,
hứa hẹn đầy triển vọng.
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất

Hạt nhựa PE tái sinh loại 1, hạt nhựa PE tỷ trọng thấp LDPE 260GG,
than đen HAF N330, phụ gia xúc tiến oxy hóa Mn(II) stearat, Fe(III) stearat và
Co(II) stearat, phụ gia quá trình PPA-3MB910, bùn hoạt tính, phân đạm Ure,
phân supe lân, phân NPK, polyme siêu hấp thụ nước (AMS-1), polyacrylamit


3

(PAM).
2.2. Dụng cụ và thiết bị
Máy trộn siêu tốc Supermix BP-HS100, thiết bị thổi màng thí nghiệm SJ35, máy trộn kín Brabender Plasto Graph EC plus 3, máy ép mẫu thí nghiệm,
máy trộn cắt hạt 2 trục vít BP-8177-ZP, thiết bị thổi màng SJ-45, thiết bị đo cơ
lý đa năng INSTRON 5980, thiết bị thử nghiệm gia tốc thời tiết UVCON Model
UV-260, thiết bị đo độ dày màng điện tử Mitutoyo IP67, quang phổ kế hồng
ngoại biến đổi Fourier NEXUS 670, kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL
6490 và cân điện tử: Scientech (Mỹ).
2.3. Nội dung nghiên cứu
2.3.1. Chế tạo mẫu màng
Trộn mẫu: Hạt nhựa rPE và LDPE được làm sạch và sấy ở 700C trong 3
giờ, sau đó được cân định lượng theo các tỷ lệ rPE/LDPE và hàm lượng phụ gia
qua trình PPA nghiên cứu. Hỗn hợp vật liệu được trộn kín trên thiết bị trộn kín
Brabender Plasto Graph EC plus 3 ở nhiệt độ 1500C, tốc độ trộn 35 vòng/phút,
thời gian trộn 3 phút. Tháo máy lấy sản phẩm
Ép mẫu thành tấm: Sản phẩm sau khi lấy từ buồng trộn mẫu của máy
Brabender được chuyển sang máy ép nóng ở 1450C, áp lực ép 15 Mpa trong
thời gian 4 phút. Trong quá trình ép, điều chỉnh giới hạn ép sao cho mẫu thành
phẩm có độ dày khoảng 1mm. Tháo khuôn lấy mẫu và ổn định mẫu trong 24h
trước khi đo kiểm.
Sau khi chế tạo masterbatch tiến hành thổi màng có chiều dày 35µm. Quá
trình thổi màng được thực hiện trên thiết bị đùn thổi màng thí nghiệm SJ-35

với đường kính trục vít 35 mm, tỷ lệ L/D 28:1. Nhiệt độ các vùng trục vít:
154, 176, 167, 168 và 165 oC
- Ảnh hường của hàm lượng thành phần rPE trong tổ hợp nhựa nền
rPE/LDPE: Đánh giá tính chất cơ lý của tổ hợp nhựa nền rPE/LDPE với các tỷ
lệ 0/100;75/25, 80/20, 85/15, 90/10, 95/5 và 100/0 trên thiết bị đo cơ lý
INSTRON 5980 và hình thái học bề mặt SEM trên thiết bị JEOL 6490.
- Ảnh hưởng của phụ gia quá trình PPA đến tính chất của tổ hợp nhựa
nền rPE/ LDPE. Tiến hành đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng PPA: 0%, 1%,
2%, 3% và 4% thông qua mô men xoắn, tính chất cơ lý, phổ hồng ngoại FTIR
và hình thái học bề mặt SEM.
- Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa được đánh
giá thông qua quá trình phân hủy giảm cấp và phân hủy sau giảm cấp trong
điều kiện tự nhiên.
2.3.2. Chế tạo túi bầu ươm có thời gian phân hủy khác nhau
Từ kết quá nghiên cứu ở mục 2.3.1 đến 2.3.3 tiến hành thổi màng chế tạo
túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác nhau trên thiết bị đùn thổi màng một trục
vít series SJ-45. Chiều dày màng được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ


4

trục vít, tốc độ kéo. Tính chất màng phụ thuộc vào nhiệt độ, tốc độ trục vít, tốc
độ kéo màng của quá trình thổi màng.
2.3.3. Nghiên cứu sử dụng vật liệu AMS-1 và PAM trong tổ hợp vật liệu ruột
bầu
Từ các nghiên cứu của Viện Hóa học về việc thử nghiệm AMS-1 và PAM
cho cây trồng tại các địa phương [62, 79]. Thí nghiệm nghiên cứu sử dụng
AMS-1 và PAM trong tổ hợp vật liệu chế tạo ruột bầu được tiến hành theo mô
hình không lặp lại với hàm lượng AMS-1 và PAM như sau:
ĐC: Bầu ươm đối chứng

AMS1: 0,8g/kg ruột bầu
PAM: 2 mg/kg ruột bầu
AMS1 + PAM: 0,8g AMS-1 + 2mg PAM (tính cho 1kg/ruột bầu)
Ruột bầu ươm được đóng với tỷ lệ đất đồi: đất màu với tỷ lệ 2:1. AMS-1
đươc ngâm ướt 30 phút để đạt đến độ hấp thụ nước tối đa sau đó được trộn đều
với hỗn hợp đất đóng bầu. PAM được hòa tan hoàn toàn trong nước và tiến
hành phun trực tiếp vào hỗn hợp ruột bầu. Khi đó độ ẩm của tổ hợp vật liệu chể
tạo ruột bầu khoảng 70%.
- Khả năng giữ ẩm của vật liệu AMS-1 đã đánh giá thông qua tính thấm
của đất, độ ẩm và khả năng trương nở trong các dung dịch muối khác nhau.
- Các tương tác làm bền cấu trúc đất của PAM được thể hiện qua nhiều
thí nghiệm khác nhau nhằm đánh giá tác dụng có ích của PAM đối với các ứng
dụng thực tiễn đó là tốc độ sa lắng, khả năng liên kết các hạt đất và khả năng
giữ dinh dưỡng của đất.
- Tính chất của tổ hợp vật liệu khi sử dụng AMS-1 và PAM được đánh giá
thông qua: Độ bám dính của đất, sức chứa ẩm cựa đại và độ xốp của ruột bầu.
2.3.4. Thử nghiệm bầu ươm cây cho các đối tượng cây trồng khác nhau
- Loại cây trồng: Cây keo lai là loại keo lá tràm, cây thông là loại thông
Caribe, cây Bạch đàn.
- Địa điểm: Trung tâm KHKT giống cây trồng Đạo Đức – Vị Xuyên.
- Túi bầu sử dụng là túi bầu có thời gian tự hủy 6-8 tháng, 9-11 tháng và
12-14 tháng có kích thước 7x12cm, trọng lượng trung bình 250g, độ dày các túi
bầu là 35-40µm. Chế độ chăm sóc và làm cỏ được tiến hành đồng bộ cho các
công thức. Các công thức cụ thể sau:
* Với cây Keo lai:
- PE-Keo : Đối chứng
- TH-Keo: Túi bầu tự hủy 6-8 tháng + ruột bầu (0,8g AMS-1/ kg
ruột bầu và 2mg PAM/kg ruột bầu)
* Với Cây Thông
- PE-Thong: Đối chứng

- TH-Thong: Túi bầu tự hủy 9-11 tháng + ruột bầu (0,8g AMS-1/ kg
ruột bầu và 2mg PAM/kg ruột bầu)


5

* Với Cây Bạch đàn
- PE-BĐ: Đối chứng
- TH-BĐ: Túi bầu tự hủy 12-14 tháng + ruột bầu (0,8g AMS-1/ kg
ruột bầu và 2mg PAM/kg ruột bầu)
Đánh giá khả năng giữ nước, khả năng liên kết đất của ruột bầu ươm và
khả năng tự hủy của túi bầu. Các chỉ tiêu cần đánh giá: Số lần tưới nước (lần),
tỷ lệ sống của cây (%), tỷ lệ cây đạt tiêu chuẩn xuất vườn (%), độ bền kéo đứt
(%), độ dãn dài khi đứt (MPa), Tốc độ sinh trưởng chiều cao cây (cm), đường
kính cổ rễ (cm), chiều dài rễ chính (cm).
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng rPE phù hợp trong tổ hợp vật liệu
rPE /LDPE
Kết quả đo tính chất cơ lý của các mẫu được chỉ ra trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Tính chất cơ lý của tổ hợp vật liệu rPE / LDPE
Hàm lượng nhựa
Công
Độ bền kéo đứt
Độ dãn dài khi đứt
(phần khối lượng)
thức
(MPa)
(%)
rPE
LDPE

PE0
0
100
24, 67
641,54
PE1
75
25
22,95
622,24
PE2
80
20
21,92
585,15
PE3
85
15
20,47
555,12
PE4
90
10
18,74
528,31
PE5
95
5
16,06
421,53

PE6
100
0
15,03
411,23
Tính chất cơ lý của các tổ hợp nhựa nền giảm khi tăng hàm lượng PE tái
sinh. Hàm lượng PE tái sinh tăng từ 0% đến 100%, độ bền kéo đứt của màng
giảm từ 24,67 MPa (rPE= 0%) xuống 15,03MPa (rPE= 100%) và độ dãn dài khi
đứt cũng giảm từ 621,54% xuống còn 411,23%. So sánh phổ FTIR của LDPE
và rPE cho thấy, có sự xuất hiện nhóm chức cacbonyl trên phổ FTIR của rPE tại
pic 1714,30 cm-1 trong khi đó phổ LDPE không xuất hiện nhóm chức này. Tuy
nhiên cường độ píc 1714,30 cm-1 rất nhỏ do loại nhựa sử dụng là nhựa tái sinh
loại 1.

Hình 3.1: Phổ FTIR của LDPE và rPE loại 1


6

Ngoài ra, khả năng tương hợp của các tổ hợp nhựa nền này đã được đánh
giá bằng hình thái học bề mặt phẳng (SEM). Kết quả chụp SEM của các mẫu tổ
hợp nhựa nền PE1, PE2, PE3 và PE4 được trình bày trong hình 3.2.

Hình 3.2: Hình thái học bề mặt phẳng của mẫu PE1, PE2, PE3 và PE4
Từ ảnh SEM thu được ta thấy rằng sự phân bố của các cấu tử trong mẫu
(PE1, PE2, PE3) là đồng đều trong khi đó mẫu PE4 đã bắt đầu xuất hiện các
vùng không đồng đều, vón cục. Chứng tỏ các mẫu PE1, PE2, PE3 có sự tương
hợp tốt hơn so với mẫu PE4.
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia quá trình đến tính chất của tổ hợp
nhựa nền rPE /LDPE


Momen xoắn (Nm)

Ảnh hưởng của phụ gia quá trình PE3A0 (0%), PE3A1 (1%), PE3A2
(2%), PE3A3 (3%), PE3A4 (4%) được đánh giá qua mô men xoắn, độ bóng,
tính chất cơ lý và hình thái học bể mặt SEM.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia quá trình đến mô men xoắn
được thể hiện trong hình 3.3.
60

PE3A0

50

PE3A1
PE3A2

40

PE3A3
30

PE3A4

20
10
0
0

1


2

3

Thời gian (phút)

4

5

Hình 3.3: Ảnh hưởng của phụ gia quá trình đến mô men xoắn
Qua hình 3.3 cho thấy khi sử dụng phụ gia quá trình thì mô men xoắn của
mẫu giảm so với mẫu không sử dụng phụ gia quá trình; do phụ gia quá trình
phủ lên bề mặt trục tạo thành lớp đệm làm giảm ma sát giữa trục và dòng nhựa
vì vậy làm giảm mô men xoắn. Khi tăng hàm lượng phụ gia quá trình từ 1% đến
2% thì thời gian ổn đinh thấp dần từ 2 phút xuống 1,5 phút. Do vậy, với hàm
lượng phụ gia quá trình là 2% là phù hợp cho quá trình gia công chế tạo.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia PPA đến độ bóng khi thực


7

hiện ở phép đo có góc chiếu tia sáng tới 650 được trình bày trong hình dưới đây:
PE3A4
PE3A3
PE3A2
PE3A1
PE3A0
76


78

80

82

84

86

88

Độ Bóng

Hình 3.4: Độ bóng của mẫu màng có hàm lượng phụ gia PPA khác nhau
Từ hình 3.4, nhận thấy mẫu sử dụng phụ gia PPA cho kết quả độ bóng
cao hơn 4% so với mẫu không sử dụng phụ gia quá trình. Điều này được giải
thích là do trong quá trình gia công PPA giúp giảm ma sát giữa trục và nhựa,
nhờ đó dòng chảy của nhựa không có nhiều khác biệt giữa vận tốc ở vùng tâm
và vùng biên nên giảm thiểu được việc hình thành các nếp gấp vì vậy tăng độ
nhẵn cho bề mặt và tăng độ bóng của sản phẩm [97]. Từ hình 3.5 cho thấy với
hàm lượng phụ gia PPA 2% là phù hợp cho quá trình gia công.
Độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt của các mẫu được chỉ ra trong bảng
3.2 dưới đây.
Bảng 3.2: Tính chất cơ lý của mẫu màng có hàm PPA khác nhau
Tính chất cơ lý
Kí hiêu mẫu
Độ bền kéo đứt (MPa) Độ giãn dài khi đứt (%)
PE3A0

19,87
555,12
PE3A1
20,28
560,64
PE3A2
20,67
567,82
PE3A3
20,19
553,34
PE3A4
19,65
552,11
Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng phụ gia quá trình không ảnh
hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của sản phẩm. Khi tăng hàm lượng PPA từ 0%
đén 2% thì độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt tăng lên và khi hàm lượng
PPA từ 2% đến 4% thì độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt giảm. Tuy nhiên sự
tăng, giảm tính chất cơ lý của vật liệu không nhiều. Điều này có thể giải thích
do phụ gia quá trình PPA là những chất phân cực do vậy không tương hợp được
với PE tạo thành một pha phân tán cực nhỏ trong pha chính là polyme, phủ trên
bề mặt sản phẩm [89] nên không ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của sản
phẩm.
Kết quả đo hình thái học bề mặt phẳng SEM của mẫu PE3A0 và PE3A2
được chỉ ra trong hình 3.5.


8

Mẫu PE3A0


Mẫu PE3A2

Hình 3.5: Hình thái học bề mặt của mẫu PE3A0 và PE3A2
Quan sát ảnh hình thái học bề mặt nhận thấy, với mẫu màng PE3A2 có
hàm lượng phụ gia quá trình 2% cho bề mặt màng mịn và đồng đều hơn so với
mẫu PE3A0 không sử dụng phụ gia PPA. Điều này có thể giải thích là do khi
bổ sung phụ gia PPA giúp giảm ma sát giữa trục và nhựa, do đó dòng chảy của
nhựa không có nhiều khác biệt giữa vận tốc ở vùng tâm và vùng biên nên giảm
thiểu hình thành các nếp gấp.
3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến quá
trình phân hủy giảm cấp của màng rPE- oxo
Tính chất cơ lý của mẫu màng được chỉ ra trong bảng 3.3 dưới đây:
Bảng 3.3: Tính chất cơ lý của các mẫu chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa khác nhau
*
Tổ hợp phụ gia xúc tiến Độ bền kéo đứt Độ giãn dài
Kí hiệu mẫu
oxy hóa (%)
(MPa)
khi đứt (%)
PE3A2Ox0
0
20,67
567,82
PE3A2Ox02
0,02
20,42
558,42
PE3A2Ox04
0,04

20,34
554,65
PE3A2Ox06
0,06
20,22
553,02
PE3A2Ox08
0,08
20,14
552,14
Bảng 3.3 cho thấy, tính chất cơ lý của mẫu rPE-oxo giảm khi tăng hàm
lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa, tuy nhiên do hàm lượng hỗn hợp phụ
gia xúc tiến oxy hóa trong màng rPE-oxo nhỏ dẫn đến sự suy giảm tính chất cơ
lý trong các mẫu ít.
Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến quá
trình phân hủy giảm cấp của màng rPE- oxo thông qua thử nghiệm oxy hóa
nhiệt, oxy hóa quang, nhiệt ẩm và thử nghiệm lão hóa thời tiết.
3.3.1. Quá trình phân hủy oxy hóa nhiệt của màng rPE- Oxo
Tiến hành đo tính chất cơ lý của các mẫu màng PE3A2Ox0, PE3A2Ox02,
PE3A2Ox04, PE3A2Ox06 và PE3A2Ox08 để đánh giá mức độ phân hủy nhiệt.
Kết quả đo độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các mẫu trong quá trình
oxY hóa nhiệt được trình bày trong hình 3.6 dưới đây:


PE3A2Ox0
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06
PE3A2Ox08


25
20
15
10

PE3A2Ox0
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06
PE3A2Ox08

600

Độ dãn dài khi đứt
(%)

Độ bền kéo đứt (Mpa)

9
500
400
300
200
100

5

0

0 Thời gian

18 phân36hủy oxy
54hóa nhiệt
72 (giờ) 90

0
0

18
36
54
72
Thời gian phân hủy oxy hóa nhiệt (giờ)

90

Hình 3.6: Tính chất cơ lý của mẫu màng sau khi oxy hóa nhiệt
Kết quả cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của tất cả các
mẫu đều giảm theo thời gian thử nghiệm. Các mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04,
PE3A2Ox06 và PE3A2Ox08 được coi là tự hủy lần lượt sau 90 giờ, 72 giờ, 54
giờ và 36 giờ oxy hóa nhiệt.
Phổ FTIR của mẫu màng được chỉ ra trong hình 3.7 dưới đây:

Hình 3.7: Phổ FTIR của các mẫu rPE-oxo sau khi oxy hóa nhiệt
Phổ hồng ngoại cho thấy pic 1640 - 1850 cm-1 đặc trưng cho các nhóm
carbonyl, được xác định bởi sự chồng chéo của các nhóm chức như: Axit
(1710-1715 cm-1), keton (1714 cm-1), andehit (1725 cm-1), este (1735 cm-1) và
lacton (1780 cm-1) được quan sát.
Từ kết quả đo phổ FTIR, chỉ số CI của các mẫu sau khi oxy hóa nhiệt
được chỉ ra trên hình 3.8.
Chỉ số CI


6

PE3A2Ox0
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06

4
2
0
0

18

36 oxy hóa nhiệt
54 ( giờ)
Thời gian

72

90

Hình 3.8: Chỉ số CI của các mẫu PE tự hủy sau khi oxy hóa nhiệt
Kết quả cho thấy chỉ số CI của tất cả các mẫu đều tăng ngay trong những
giờ oxy hóa nhiệt đầu tiên. Tại mỗi thời điểm bất kỳ thì chỉ số CI tăng khi tăng
hàm lượng của phụ gia xúc tiến oxy hóa trong các mẫu. Sau 90 giờ oxy hóa
nhiệt chỉ số CI của mẫu PE3A2Ox0, PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06 và
PE3A2Ox08 tương ứng là 0,65; 4,21; 4,52; 5,02 và 5,22.
Hình ảnh SEM bề mặt của các mẫu PE3A2Ox0, PE3A2Ox02 và

PE3A2Ox08 được thể hiện trong hình 3.9.


10

PE3A2Ox0 ban đầu

PE3A2Ox0 sau 90 giờ

PE3A2Ox02 sau 90 giờ

PE3A2Ox08 sau 36 giờ

Hình 3.9: Ảnh SEM của PE3A2Ox0bđ, PE3A2Ox0, PE3A2Ox02 và
PE3A2Ox08 sau khi oxy hóa nhiệt
Ảnh SEM của các mẫu màng PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 có chứa phụ
gia xúc tiến oxy hóa cho thấy bề mặt bị phá hủy, phát triển thành các vết rách
và các rãnh do hoạt tính xúc tác của các phụ gia xúc tiến oxy hóa dưới tác động
của nhiệt.
3.3.2. Quá trình phân hủy oxy hóa quang, nhiệt, ẩm của màng rPE- oxo
Sự thay đổi độ bền kéo đứt của các mẫu sau 30 ngày oxy hóa quang nhiệt
ẩm được trình bày trong hình 3.10.
PE3A2Ox0
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06
PE3A2Ox08

20


PE3A2Ox0
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06

600

Độ dãn dài khi đứt
(%)

Độ bền kéo đứt (Mpa)

30

400
200

10

0
0

0
0

6
12
18
24
Thời gian thử nghiệm (ngày)


30

6
12
18
Thời gian thử nghiệm (ngày)

24

30

Hình 3.10: Tính chất cơ lý của các mẫu sau 30 ngày oxy hóa quang nhiệt ẩm
quả cho thấy độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các mẫu đều
giảm khi tăng thời gian oxy hóa mẫu. Theo tiêu chuẩn ASTM G154-12ª, ASTM
D5510 thì mẫu coi như tự hủy khi độ dãn dài khi đứt ≤ 5% giá trị ban đầu. Do
vậy, các mẫu PE3A2Ox08, PE3A2Ox06, PE3A2Ox04 và PE3A2Ox02 được coi
là tự hủy sau 12 ngày, 18 ngày, 24 ngày và 30 ngày oxy hóa quang nhiệt ẩm.
Phổ FTIR của các mẫu màng PE3A2Ox0, PE3A2Ox02, PE3A2Ox04,
PE3A2Ox06 và PE3A2Ox08 sau 30 ngày oxy hóa quang, nhiệt, ẩm được thể
hiện trên hình 3.11:
Kết

Hình 3.11: Phổ IR của mẫu sau oxy hóa quang nhiệt ẩm


11

Kết quả cho thấy xuất hiện pic trong khoảng 1700 – 1800 cm-1 đặc trưng
cho nhóm carbonyl. Pic hấp thụ ở khoảng này cho thấy sự có mặt của nhiều sản

phẩm oxy hóa khác nhau như: Andehit hoặc este (1733 cm-1), axit carboxylic
(1700 cm-1), γ-lacton (1780 cm-1) [94].
Ảnh SEM bề mặt của mẫu sau thời gian oxy hóa quang nhiệt ẩm được thể
hiện trong hình 3.12.

PE3A2Ox0 ban đầu

PE3A2Ox0 sau oxy hóa

PE3A2Ox04

PE3A2Ox08

Hình 3.12: Ảnh SEM của PE3A2Ox0 bđ, PE3A2Ox0, PE3A2Ox04 và
PE3A2Ox08
Kết quả cho thấy mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04, PE3A2Ox06,
PE3A2Ox08 sau 30, 24, 18 và 12 ngày thử nghiệm oxy hóa quang nhiệt ẩm thấy
xuất hiện dấu hiệu của hiện tượng phá hủy bề mặt. Mẫu PE3A2Ox04 và
PE3A2Ox08 xuất hiện sự phân pha rõ ràng trên các vùng vật liệu và mức độ hư
hại tăng lên rõ rệt khi tăng hàm lượng phụ gia xúc tiến oxy hóa trong màng.
3.3.3. Khả năng phân hủy của màng rPE – oxo trong điều kiện lão hóa tự
nhiên
Sự thay đổi độ bền kéo đứt của màng trong quá trình lão hóa tự nhiên
được tổng hợp trong hình 3.13 dưới đây.
600

PE3A2Ox0
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06

PE3A2Ox08

20

Độ dãn dài khi đứt
(%)

Độ bền kéo đứt
(Mpa)

30

PE3A2Ox0
PE3A2Ox04
PE3A2Ox08

PE3A2Ox02
PE3A2Ox06

400

10

200

0
0

3


6

9

Thời gian (Tháng)

12

15

0
0

3

6
9
Thời gian (Tháng)

12

15

Hình 3.13: Sự thay đổi tính chất cơ lý trong quá trình lão hóa tự nhiên
Kết quả cho thấy với mẫu không chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa
(PE3A2Ox0), sau 15 tháng phơi mẫu, độ bền kéo đứt của mẫu vẫn duy trì trên
60% giá trị ban đầu. Theo tiêu chuẩn ASTM D 5510 thì màng coi như tự hủy
khi độ dãn dài khi đứt ≤ 5% giá trị ban đầu, như vậy mẫu PE08 được coi là tự
hủy sau 6 tháng, mẫu PE3A2Ox06, PE3A2Ox04 và PE3A2Ox02 được coi là
phân hủy sau 9, 12 và 15 tháng, tương ứng.

Phổ FTIR của các mẫu ban đầu và khi phơi mẫu tự nhiên được thể hiện
trong hình 3.14.


12

Hình 3.14: Phổ FTIR của các mẫu màng sau 15 tháng lão hóa tự nhiên
Xuất hiện pic trong khoảng 1700 – 1800 cm-1 đặc trưng cho nhóm
carbonyl. Pic hấp thụ ở khoảng này cho thấy sự có mặt của nhiều sản phẩm oxy
hóa khác nhau như: Andehit hoặc este (1733 cm-1), axit carboxylic (1700 cm-1),
γ-lacton (1780 cm-1) [95], cường độ của pic tăng dần theo thời gian tiếp xúc.
Ngoài ra có thể quan sát thấy sự xuất hiện với cường độ yếu của pic 1641 cm-1
đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm vinyl (C=C) [96].
Kết quả đo chỉ cố CI của các mẫu theo thời gian thử nghiệm được trình
bày trên hình 3.15.

Chỉ số CI

5

PE3A2Ox0

4

PE3A2Ox02

3

PE3A2Ox06


PE3A2Ox04
PE3A2Ox08

2
1
0
0

1

2

3
4
Thời gian (tháng)

5

6

Hình 3.15: Sự thay đổi chỉ số carbonyl theo thời gian phơi mẫu
Như vậy sau thời gian phơi tự nhiên thì mẫu PE3A2Ox0 có giá trị CI rất
nhỏ. Các mẫu chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa thì giá trị CI tăng mạnh sau 6
tháng phơi mẫu tự nhiên. Chỉ số carbonyl tăng tỷ lệ thuận với lượng phụ gia
xúc tiến oxy hóa trong mẫu.
Hình thái học bề mặt SEM và kết quả quan sát được trình bày trên hình
3.16 dưới đây:

PE3A2Ox0 ban đầu


PE3A2Ox0 sau lão hóa

PE3A2Ox02

PE3A2Ox08

Hình 3.16: Ảnh SEM của mẫu màng trước và sau 15 tháng lão hóa tự nhiên.


13

Kết quả cho thấy so với mẫu màng trước lão hóa tự nhiên thì bề mặt mẫu
PE3A2Ox0 ít bị tác động nhất, bề mặt tương đối nhẵn ít khuyết tật, trong khi đó
bề mặt các mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 đều bị phá hủy, không còn mịn mà
xuất hiện khuyết tật và các rạn nứt trên bề mặt vật liệu.
3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa đến quá
trình phân hủy của màng rPE - oxo trong điều kiện tự nhiên
3.4.1. Phân hủy trong môi trường đất
Kết quả tổn hao khối lượng mẫu khi chôn trong đất được tổng hợp trong
bảng 3.4.
Bảng 3.4: Tổn hao khối lượng của các mẫu khi chôn trong đất theo thời gian
Thời gian
Tổn hao khối lượng của các mẫu khi chôn trong đất (%)
(Tháng)
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06 PE3A2Ox08
1
10,72
12,09

12,86
13,45
2
11,39
12,12
21,46
36,72
3
14,14
20,48
33,09
68,56
4
21,43
31,21
41,23
84,23
5
29,18
48,44
52,11
92,54
6
39,21
63,74
70,87
Kết quả cho thấy tổn hao khối lượng ở các mẫu chứa phụ gia xác tiến oxy
hóa tăng dần theo thời gian chôn mẫu và sau 6 tháng, tổn hao khối lượng của
các mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04 và PE3A2Ox06 lần lượt là 56,21% và
63,74% và 70,87%. Tổn thất khối lượng tuy chưa đủ để khẳng định các mẫu đã

bị phân hủy hoàn toàn nhưng có thể khẳng định mẫu đã bị phân hủy thành
những mảnh nhỏ lẫn trong đất không thể thu hồi được.
Tiến hành đo phổ hồng ngoại của mẫu PE3A2Ox08 sau khi chôn đất và
kết quả đo được thể hiện trên hình 3.17 dưới đây:
75
70
65

724.57

35

1178.19
1100.56
1030.51

40

3377.66

%T

45

1413.28
1372.46
1294.48

2659.81


50

1627.19
1576.71

55

533.72
472.80

778.93

60

30

2912.50

15
10

2852.13

20

1464.60

1712.17

25


5
4000

3000

2000

1000

Wavenumbers (cm-1)

Hình 3.17: Phổ FTIR của mẫu PE3A2Ox08 sau 5 tháng chôn trong đất
Kết quả cho thấy sau khi chôn trong đất xuất hiện các vùng đặc trưng có
thể do các mạch polyme sau khi oxy hóa đã bị phân hủy bởi vi sinh vật trong
đất, kết quả này khá phù hợp với những công bố của E. Chiellini và cộng sự


14

[48]. Đầu tiên, xuất hiện pic 3377 cm-1 đặc trưng cho liên kết –O-H, pic
1712,17 cm-1 đặc trưng cho nhóm carbonyl, khoảng pic rộng hơn so với phân
hủy oxy hóa nhiệt và quang nhiệt ẩm
Ảnh SEM của các mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 sau khi chôn trong
đất được trình bày trong hình 3.18.

PE3A2Ox02 sau khi chôn đất

PE3A2Ox08 sau chôn đất


Hình 3.18: Ảnh SEM của PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 khi chôn trong đất
Từ ảnh SEM cho thấy sau khi chôn đất bề mặt của PE3A2Ox08 có sự thay
đổi nhiều hơn so với mẫu PE3A2Ox02. Mẫu PE3A2Ox02 đã xuất hiện các vết
rạn, nứt trong khi mẫu PE3A2Ox08 xuất hiện các vết lõm sâu do sau quá trình
phân hủy giảm cấp và đã suy giảm tính chất cơ lý và dễ dàng tan rã dưới các tác
động dù rất nhỏ [97].
3.4.2. Phân hủy trong môi trường bùn hoạt tính.
Tổn hao khối lượng của các mẫu khi ngâm trong bùn hoạt tính được tổng
hợp trong bảng 3.5.
Bảng 3.5: Tổn hao khối lượng của mẫu khi ngâm trong bùn hoạt tính
Thời gian
Tổn hao khối lượng của mẫu khi ngâm trong bùn hoạt tính (%)
(tháng)
PE3A2Ox02
PE3A2Ox04
PE3A2Ox06
PE3A2Ox08
1
12,36
14,77
16,03
19,05
2
19,03
25,14
34,42
48,16
3
25,67
34,62

44,71
77,53
4
31,84
46,09
50,94
91,03
5
40,56
57,56
60,02
6
51,21
70,84
89,13
Sau 6 tháng, tổn hao khối lượng ở các mẫu PE3A2Ox02, PE3A2Ox04,
PE3A2Ox06 lần lượt là 51,21%; 70,84%; 89,13%. Mẫu PE3A2Ox08 mất gần
như hoàn toàn khối lượng sau 5 tháng ngâm trong bùn hoạt tính. Như vậy, sau
quá trình phân hủy giảm cấp, các mẫu màng có khối lượng phân tử lớn, kỵ nước
đã bị phân cắt thành các đoạn mạch ngắn hơn có khối lượng phân tử nhỏ và có
các nhóm chức ưa nước đã giúp vi sinh vật dễ dàng tiếp cận hơn để tiếp tục
thủy phân và tiêu thụ các đoạn mạch này.
Khả năng phân hủy trong bùn hoạt tính của mẫu PE3A2Ox08 được thông
qua phổ hồng ngoại FTIR và được chỉ ra trên hình 3.19.


15
95.5

795.97


95.0
94.5
94.0

877.04

93.0

%T

91.5
91.0
90.5

533.70
464.66
415.33

1712.79

92.0

1627.37

92.5

717.92

93.5


90.0
89.5
89.0

1030.50

2850.13
2921.32

87.5

3430.00

88.0

1425.28

88.5

87.0
86.5
86.0
400 0

300 0

200 0

100 0


W av enu mber s ( c m- 1)

Hình 3.19: FTIR của mẫu PE3A2Ox08 sau 4 tháng ngâm trong bùn hoạt tính
Tương tự như khi chôn trong đất, sau 4 tháng ngâm trong bùn hoạt tính
cường độ dải hấp thụ trong khoảng 1700 – 1740cm-1 tăng mạnh và tăng nhiều
hơn so với khi chôn trong đất. Đồng thời cũng xuất hiện pic tại 1627cm-1 đặc
trưng cho liên kết –C=C– và pic tại 3430cm-1 đặc trưng cho liên kết –O–H. Tín
hiệu pic 1030 cm-1 đặc trưng cho nhóm este rộng và mạnh hơn so với chôn
trong đất.
Hình thái học bề mặt SEM của mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 màng
sau 4 tháng ngâm trong bùn hoạt tính được thể hiện trên hình 3.20.

PE3A2Ox02

PE3A2Ox08

Hình 3.20: SEM bề mặt của mẫu PE3A2Ox02 và PE3A2Ox08 sau khi ngâm
trong bùn hoạt tính
Ở cả hai mẫu đều thấy rằng bề mặt mẫu có sự phân hủy, cấu trúc bề mặt
có sự phân pha rõ nét, xuất hiện các vùng vật liệu khác nhau.
3.5. Nghiên cứu chế tạo túi bầu tự hủy từ nhựa PE tái sinh và hỗn hợp phụ
xúc tiến oxy hóa
3.5.1. Đơn phối liệu chế tạo túi bầu ươm tự hủy
Góp phần giúp cây con trong bầu phát triển tốt, tiến hành sử dụng than
đen trong chế tạo túi bầu ươm cây. Chúng tôi đã sử dụng than đen có hàm
lượng 1% (về khối lượng). Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 đến 3.4,
chúng tôi đã lựa chọn được tổ hợp nhựa nền rPE /LDPE có tỷ lệ 85/15, hàm
lượng phụ gia quá trình PPA 2% và hàm lượng phụ gia xúc tiến oxy hóa từ
0,02% đến 0,08%. Đơn phối liệu cho quá trình chế tạo túi bầu ươm tự hủy được

trình bày trong bảng 3.6.


16

Bảng 3.6: Đơn phối liệu chế tạo túi bầu ươm tự hủy
Đơn vị tính: khối lượng: 10 kg/mẻ
Túi bầu ươm tự hủy
Nguyên liệu
6 tháng
9 tháng
12 tháng
15 tháng
(TH6)
(TH9)
(TH12)
(TH15)
LDPE nguyên sinh
1,4538
1,4541
1,4544
1,4547
PE tái sinh
8,2382
8,2399
8,2416
8,2433
Tổ hợp phụ gia xúc
0,008
0,006

0,004
0,002
tiến oxy hóa
Phụ gia quá trình
0,2
0,2
0,2
0,2
Than đen HAF
0,1
0,1
0,1
0,1
N330
Tổng
10
10
10
10
+ Ảnh hưởng của tốc độ trục vít đến chiều dày màng:
Chiều dày của màng được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ trục vít,
các thông số cố định: Tốc độ vòng kéo 850 vòng/phút, nhiệt độ đầu vào 170oC.
Kết quả được trình bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tốc độ trục vít đến chiều dày màng
TT
Tốc độ trục vít (vòng/phút)
Chiều dày màng (μm)
1
25
25± 6,4

2
27
35 ± 5,3
3
29
52 ± 4,6
4
31
68 ± 4,7
Kết quả cho thấy khi tăng tốc độ trục vít thì chiều dày của màng tăng,
ngược lại khi giảm tốc độ trục vít thì chiều dày của màng giảm. Với chiều dày
màng 35μm thì độ bề va đập của màng là 12,46 KJ/m2. Vì vậy lựa chọn tốc độ
trục vít 27 vòng/phút là thông số công nghệ cố định cho các nghiên cứu tiếp
theo.
+ Ảnh hưởng của tốc độ kéo đến chiều dày của màng
Để khảo sát ảnh hưởng của tốc độ vòng kéo đến chiều dày của màng, quá
trình thổi đã cố định các thông số công nghệ như sau: Tốc độ trục vít 27
vòng/phút, vùng nhiệt độ có nhiệt độ đầu vào là 1700C. Tốc độ vòng kéo được
thay đổi từ 700 đến 950 vòng/phút. Kết quả được trình bày trong bảng 3.8.
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tốc độ kéo đến chiều dày màng
TT
Tốc độ kéo (vòng/phút)
Chiều dày màng (μm)
1
700
50 ± 4,9
2
750
45 ± 5,2
3

800
41 ± 6,1
4
850
35 ± 3,8
5
900
30 ± 4,7


17

6
950
25 ± 4,6
Kết quả cho thấy khi tăng tốc độ kéo thì chiều dày màng giảm. Sản phẩm
bầu ươm trên thị trường hiện nay thường có chiều dày màng 30-40µm. Vì vậy
lựa chọn tốc độ kéo 850 vòng/phút là thông số công nghệ cố định.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của màng
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của màng, quá trình
thổi màng được thực hiện ở các thông số công nghệ cố định: Tốc độ vòng kéo
850 vòng/phút, tốc độ trục vít 27 vòng/phút. Nhiệt độ gia công được thay đổi từ
155oC đến 210oC. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý được trình bày
trong bảng 3.9.
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của màng
Nhiệt độ các vùng (oC)
Tính chất
Chế độ gia
Độ bền kéo Độ dãn dài
công

1
2
3
4
5
đứt (MPa) khi đứt (%)
Chế độ 1
155 160 165 170 170
17,21
540,41
Chế độ 2
175 180 185 190 190
20,55
559,25
Chế độ 3
195 200 205 210 210
20,34
569,28
Kết quả cho thấy chuyển nhiệt độ từ chế độ 1 sang chế độ 2 thì tính chất
cơ lý của màng tăng, do khi tăng nhiệt độ trên 1700C sẽ làm tăng khả năng phối
trộn các hạt nhựa, thời gian kết tinh lại dài làm cho sắp xếp các mạch phân tử
được định hình tốt hơn. Ngược lại khi nhiệt độ ban đầu xuống dưới 170oC, thời
gian ngắn, định hình kém.
3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của AMS-1 và PAM đến tính chất của tổ hợp
vật liệu chế tạo ruột bầu ươm
3.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu AMS-1 đến khả năng giữ ẩm của
đất

450
400

350
300
250
200
150
100
50
0

100

Độ ẩm đất (%)

Tính thấm của đất
(mm/10 phút)

Tính thấm của đất được xác định bằng khả năng thấm ướt của đất. Tính
thấm và độ ẩm của đất khi xử lý AMS-1 được chỉ ra trong hình 3.21, 3.22 dưới
đây:
ĐC
xử lý AMS1

80
60
40
20

Xử lý AMS1

ĐC


Hình 3.21: Tính thấm của đất khi sử dụng
AMS-1

0
0

20

40
60
Thời gian (ngày)

80

100

Hình 3.22: Khả năng giữ nước của đất theo
thời gian


18

Sử dụng AMS-1 cho độ thấm và độ ẩm tốt hơn so với ĐC. Do AMS-1 khi
được tổng hợp từ natri polyacrylat thuộc họ polyme ưa nước. Có hai nhóm quan
trọng được tìm thấy trên chuỗi polyme của AMS-1 đó là nhóm –Na+ và COOưa nước. Khi đưa vào môi trường nước, có sự tương tác giữa polyme và dung
môi, đó là sự hydrat hoá do các nhóm -COO- và ion Na+ hút các phân tử nước
phân cực. [55-57].

Hình 3.23: Quá trình hấp thụ nước của AMS-1

Do trong đất có chứa nhiều các dung dịch muối khoáng khác nhau sẽ ảnh
hưởng đến khả năng giữ ẩm, do vậy đã tiến hành nghiên cứu khả năng trương
nở của AMS-1 trong các dung dịch muối khác nhau và kết quả nghiên cứu được
chỉ ra trong bảng 3.10 dưới đây.
Bảng 3.10: Khả năng trương nở của AMS-1 khi có mặt của ion kim loại (g/g)
Nồng độ
0,5
1
5
10
15
mM Muối
NaCl
206
188
128
102
86
KNO3
201
173
119
97
84
MgSO4
173
146
106
65
46

CaCl2
150
79
71
22
10
Từ bảng 3.10 cho thấy, khả năng trương nở trong các dung dịch muối
NaCl, KNO3 cao hơn khả năng trương nở trong dung dịch CaCl2, MgSO4 ở các
nồng độ tương ứng. Nguyên nhân là do các ion hóa trị II như Ca2+, Mg2+. Ngoài
hiệu ứng làm giảm lực đẩy tĩnh điện còn có khả năng tạo cầu liên kết với các
nhóm –COOH của chuỗi đại phân tử[56].

Hình 3.24: Cầu liên kết của AMS-1 với ion kim loại hóa trị II
3.6.2. Nghiên cứu khả năng tương tác làm bền cấu trúc đất của PAM
Kết quả nghiên cứu tốc độ sa lắng của hạt đất được chỉ ra trong hình 3.25


19

dưới đây:
Lượng cặn sa lắng (g/100ml)

6
xử lý PAM
5

ĐC

4
3

2
1
0
0

10

20

30

Thời gian sa lắng (giây)

40

50

Hình 3.25: Khả năng loại bỏ cặn lơ lửng theo thời gian
Các kết quả cho thấy các hạt đất bị sa lắng ngay sau khi đưa vào ống hình
trụ. Quá trình sa lắng diễn ra nhanh hơn trong khoảng thời gian tương đối ngắn
5 giây. Rõ ràng ở đây đã xảy ra quá trình tạo cầu hóa học giữa các phân tử
PAM và các hạt đất khiến cho quá trình sa lắng diễn ra nhanh hơn.
Khả năng liên kết làm bền cấu trúc đất của PAM được xác định qua việc
phân tích kích thước các hạt đất. Kết quả nghiên cứu khả năng liên kết của
PAM với các hạt đất được chỉ ra trong bảng 3.11 dưới đây:
Bảng 3.11: Khả năng liên kết của PAM với các hạt đất
Kích thước hạt đất (mm)
>1
(có ý nghĩa)
Đối chứng

7,29
5,52
16,34
45,12 25,73
29,15
Xử lý PAM
30,23
12,48
21,92
16,47
18,9
64,63
Kết quả cho thấy nhờ hiệu quả làm bền đất của vật liệu PAM nên phần
trăm các hạt lớn tăng lên đáng kể, đặc biệt là cấp hạt có ý nghĩa > 1mm so với
đối chứng. Như vậy, khi sử dụng PAM có ý nghĩa về mặt thực tiễn, giúp tăng
cường khả năng liên kết các hạt đất.
Hiệu quả tăng độ bền cấp hạt có kích thước lớn còn do các ion ái lực của
PAM đối với các hạt đất qua lực hút Culong và Vanderwal và cũng do các liên
kết phối trí xảy ra giữa PAM (nhóm –COO-) và các ion kim loại có trong đất
[76].
>5

5-3

3-1

1-0,25

< 0,25


Hình 3.26: Liên kết giữa PAM và các ion kim loại trong đất


20

FTIR của Mg- PAM cho thấy tương tác của Mg2+ với các nhóm hữu cơ
trong PAM. Pic 3348,23cm-1 đặc trưng cho dao động kéo dài của liên kết O-H
và liên kết N-H đối xứng. Phổ FTIR của PAM thể hiện đỉnh hấp thụ mạnh ở
1637,95 cm-1, có thể được quy cho rung động kéo dài C = O trong nhóm CONH2. Trong khi đó trong phổ FTIR của Mg-PAM, dao động kéo dài C = O
được thể hiện tại Pic 1658,32 cm-1, cho thấy có sự liên hợp của nhóm –CONH2
với ion kim loại.
3.6.3. Nghiên cứu, xác định hàm lượng AMS-1 và PAM trong tổ hợp vật liệu
chế tạo ruột bầu
Ảnh hưởng của AMS-1 và PAM được đánh giá thông qua độ bám dính
của đất, sức chứa ẩm cựa đại của đất và độ xốp đất. Độ bám dính của đất được
chỉ ra trong hình 3.27 và 3.28 dưới đây:
80
SCACD (%)

Độ bám dính
(g/cm2)

4
3
2
1

60
40
20

0
AMS1
+PAM

0
AMS1 +PAM AMS1

PAM

ĐC

Hình 3.27: Độ bám dính của tổ hợp ruột
bầu

AMS1

PAM

ĐC

Hình 3.28: Sức chứa ẩm của tổ hợp ruột bầu

Từ hình cho thấy, trong mẫu chỉ sử dụng AMS-1 độ bám dích thấp hơn so
với đối chứng. do độ ẩm đất tăng nên khả năng bám dính giảm. Còn khi sử
dụng PAM khả năng bám dính cao. Trong mẫu sử dụng cả AMS-1 và PAM đất
vừa có khả năng giữ ẩm vừa tăng độ bám dính của đất. Kết quả theo dõi cho
thấy SCACD có sự sai khác khi sử dụng AMS-1 và PAM. Với ruột bầu sử dụng
AMS-1 + PAM nhờ có khả năng hút nước và duy trì độ ẩm của AMS-1 nên
luôn được duy trì ở mức cao hơn so với ĐC.
3.7. Thử nghiệm bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường cho các đối

tượng cây trồng
3.7.1. Thử nghiệm bầu ươm cho cây keo
Quá trình phân hủy của bầu ươm được thể hiện thông qua độ bền kéo đứt
và độ dãn dài khi đứt. Kết quả được tổng hợp trong các bảng 3.12 dưới đây.
Bảng 3.12: Tính chất túi bầu ươm trong thời gian ươm cây keo
Độ bền kéo đứt (MPa)
Độ dãn dài khi đứt (%)
Thời gian
(tháng)
PE-Keo
TH-Keo
PE-Keo
TH-Keo
0
20,58
20,18
659,3
658,1
2
20,24
16,21
624,1
423,1
4
19,56
12,52
570,3
221,4
6
17,53

4,14
412,1
20,15


21

Kết quả cho thấy có sự chênh lệch về độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi
đứt ở mẫu bầu sử dụng màng tự hủy và mẫu bầu PE thông thường ở cây keo.
Như vậy, thời gian tự hủy của túi bầu phù hợp với kết quả đã nghiên cứu trước
đó.
Số lần tưới, tỷ lệ sống và tỷ lệ cây keo đạt tiêu chuẩn xuất vườn được
trình bày trong bảng 3.13.
Bảng 3.13: Số lần tưới và phẩm chất cây keo trong công thức bầu ươm
Tỷ lệ cây sống
Tỷ lệ cây đạt tiêu
Số lần tưới (lần)
(%)
chuẩn xuất vườn (%)
PE-Keo
15
92
90
TH-Keo
8
98
98
Kết quả cho thấy việc bổ sung AMS-1+ PAM vào ruột bầu làm giảm số
lần tưới nước. Bên cạnh đó, khi bổ sung AMS-1 + PAM trong ruột bầu cũng
làm tăng tỷ lệ sống của cây điều này là do hạt sau khi nảy mầm gặp điều kiện

ẩm thuận lợi nên cây phát triển tốt. Nhờ khả năng giữ ẩm tốt, các cây giống
sống sót sau khi trồng đều đạt tiêu chuẩn xuất vườn.
Ảnh hưởng của bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường đến sinh
trưởng và phát triển của cây keo trong bầu được trình bày trong các bảng 3.14
dưới đây:
Bảng 3.14: Kết quả chiều cao cây keo trong các lần thu thập số liệu
Chiều cao cây (cm) Đường kính cổ rễ
Chiều dài rễ (cm)
(cm)
Thời gian
PE-Keo TH-Keo PE-Keo TH-Keo PE-Keo TH-Keo
12/4/17
1,94
2,22
1,08
1,18
1,02
1,26
12/5/17
7,3
8,1
1,62
1,98
2,8
4,32
12/6/17
9,1
12,46
1,96
2,36

5,24
7,37
12/7/17
15,1
18,56
2,42
2,8
7,64
9,87
12/9/17
15,54
19,44
2,46
2,9
8,0
11,3
Từ các bảng chỉ tiêu sinh trưởng của cây cho thấy, bầu ươm cây tiên tiến,
thân thiện môi trường cho kết quả sinh trưởng tốt hơn so với bầu PE thường. Sử
dụng bầu ươm cây tiên tiến cho chiều cao cây, đường kính cổ rễ và chiều dài rễ
phát triển hơn và các chỉ tiêu sinh trưởng này tăng so với bầu PE thông thường.
3.7.2. Thử nghiệm bầu ươm cho cây thông
Quá trình phân hủy của bầu ươm được thể hiện thông qua độ bền kéo đứt
và độ dãn dài khi đứt. Kết quả được tổng hợp trong bảng 3.15.
Bảng 3.15: Tính chất của túi bầu trong thời gian ươm cây thông
Độ bền kéo đứt (MPa)
Độ dãn dài khi đứt (%)
Thời gian
(tháng)
PE-Thong
TH- Thong

PE-Thong TH-Thong
0
20,67
20,15
545,76
550,60
1
20,01
18,03
521,09
452,08


22

3
18,57
13,46
437,61
330,50
5
17,52
9,87
416,92
196,07
7
16,58
6,72
390,04
55,92

9
15,87
4,93
384,89
4,35
Kết quả cho thấy túi bầu PE thông thương trong 3 tháng đầu chất cơ lý
giảm chậm. Sau 9 tháng ươm cây, độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt vẫn
duy trì trên 60% giá trị ban đầu. Đối với túi bầu tự hủy, độ bền kéo đứt và độ
dãn dài khi đứt sau 9 tháng đạt 4,93 MPa và 4,35%.
Số lần tưới, tỷ lệ sống và tỷ lệ cây đạt tiêu chuẩn xuất vườn được trình
bày trong bảng 3.16.
Bảng 3.16: Số lần tưới và phẩm chất cây Thông trong các công thức bầu ươm
Tỷ lệ cây sống
Tỷ lệ cây đạt tiêu
Số lần tưới (lần)
(%)
chuẩn xuất vườn (%)
PE-Thong
19
91
91
TH-Thong
10
97
97
Như vậy, kết quả cho thấy trong công thức TH-Thong số lần tưới giảm, tỷ
lệ cây sống và cây đạt tiêu chuẩn xuất vườn cao hơn so với PE-Thong. Do
AMS-1 có tác dụng giữ ẩm nên tiết kiệm được công tưới mà cây thông trong
bầu vẫn có tỷ lệ sống cao.
Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây thông trong mô hình sử dụng

bầu ươm cây tiên tiến được chỉ ra trong các bảng 3.17 dưới đây:
Bảng 3.17: Bảng tổng hợp kết quả chiều cao cây thông
Chiều cao cây (cm) Đường kính cổ rễ (cm)
Chiều dài rễ (cm)
Thời
THTHgian
PE-Thong
PE-Thong
PE-Thong THThong
Thong
Thong
8/5/17
3,28
4,28
0,52
0,96
2,48
3,34
8/7/17
12,38
17,4
1,846
1,98
4,5
6,5
8/9/17
19,32
22,3
3,1
2,56

8,36
10,45
8/11/17
23,82
30,34
3,78
4,56
12,41
15,11
8/1/18
25,4
31,64
4,01
5,06
13,12
16,03
Như vậy, từ bảng kết quả cho thấy cũng tương tự như cây keo, cây thông
trong bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường có khả năng sinh trường
phát triển tốt hơn so với bầu PE thường. Chiều cao cây, đường kính cổ rễ và
chiều dài rễ cao hơn.
3.7.3. Thử nghiệm bầu ươm cho cây bạch đàn
Kết quả tổng hợp quá trình phân hủy của túi bầu ươm cây bạch đàn sau
12 tháng được chỉ ra trong bảng 3.18 dưới đây:
Bảng 3.18: Tính chất của túi bầu trong thời gian ươm cây bạch đàn
Độ bền kéo đứt (MPa)
Độ dãn dài khi đứt (%)
Thời gian
(tháng)
PE-BĐ
TH-BĐ

PE-BĐ
TH-BĐ


23

0
20,79
20,75
680,25
689,33
2
19,26
17,15
620,47
502,24
4
18,18
14,31
583,12
400,06
6
17,64
12,71
510,22
218,57
8
16,53
9,09
470,46

115,08
10
14,37
5,19
420,48
30,66
12
13,05
4,23
390,62
5,17
Kết quả cho thấy, tương tự như bầu ươm cây keo và cây thông với các
công thức bầu ươm sử dụng để ươm cây bạch đàn thì bầu ươm cây tiên tiến,
thân thiện môi trường có độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt giảm mạnh sau 12
tháng ươm cây. Trong khi đó, bầu PE thông thường thì tính chất cơ lý của bầu
còn lại trên 50% giá trị ban đầu.
Số lần tưới, tỷ lệ sống và tỷ lệ cây bạch đàn đạt tiêu chuẩn xuất vườn
được trình bày trong bảng 3.19 dưới đây.
Bảng 3.19: Số lần tưới và phẩm chất cây bạch đàn trong công thức bầu ươm
Tỷ lệ cây sống
Tỷ lệ cây đạt tiêu
Số lần tưới (lần)
(%)
chuẩn xuất vườn (%)
PE-BĐ
25
93
92
TH-BĐ
13

98
98
Từ kết quả bàng 3.19 cho thấy, cũng tương tự như cây keo và cây thông
số lần tưới trong công thức TH-BĐ giảm đi đáng kể so với PE-BĐ. Tỷ lệ cây
sống và tỷ lệ cây đạt tiêu chuẩn xuất vườn cao.
Qua quá trình bố trí và theo dõi thí nghiệm cũng như thu thập tổng hợp,
ảnh hưởng của bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường đến sinh trưởng và
phát triển của cây bạch đàn trong bầu được trình bày trong bảng 3.20 dưới đây:
Bảng 3.20: Kết quả chiều cao cây bạch đàn trong các lần thu thập số liệu
Chiều cao cây (cm) Đường kính cổ rễ (cm) Chiều dài rễ (cm)
Thời gian
PE-BĐ
TH-BĐ PE-BĐ
TH-BĐ
PE-BĐ TH-BĐ
8/5/2018
9,05
11,05
2,67
2,82
6,67
7,72
8/7/2018
20,01
23,41
3,24
3,66
8,53
10,02
8/9/2018

42,84
48,45
4,25
4,65
11,97
14,68
8/11/2018
59,06
61,03
5,03
5,47
13,2
15,97
8/1/2019
68,09
73,42
6,21
6,89
14,57
16,77
Hiệu quả sử dụng nước của các công thức ruột bầu nhìn chung tăng lên
khi sử dụng AMS-1 và PAM. Điều này được biểu hiện bề ngoài thông qua sự
phát triển của bộ rễ. Tuy nhiên trong công thức sử dụng bầu ươm cây tiên tiến,
thân thiện môi trường thì các chỉ tiêu sinh trưởng chiều cao, đường kính cổ rễ
và chiều dài rễ phát triển tốt hơn.