Ứng dụng xơ dừa tươi để chế tạo vật liệu COMPOSITE
Việt Nam là quốc gia có nguồn nguyên liệu là phế phụ phẩm xơ dừa dồi dào, nhưng chưa có giá trị kinh tế cao. Bên cạnh đó, Việt Nam cũng đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, trong đó xử lý túi nilon là bài toán nan giải. Rác thải túi nilon khi thải ra môi trường rất nguy hại bởi phải mất hàng chục năm những chiếc túi này mới có thể phân hủy được.
Khi xử lý loại rác thải này nếu đem đốt ở nhiệt độ bình thường sẽ tạo ra khí thải có chất độc có khả năng gây ung thư cho con người. Nếu chôn rác nilon dưới lòng đất sẽ làm ô nhiễm mạch nước ngầm. Xuất phát từ hai vấn đề trên, Lý Giới An và Lê Hồng Khang, học sinh lớp 12T1, Trường Chuyên Hùng Vương, thành phố Thủ Dầu Một, Bình Dương đã tạo ra tấm vật liệu composite từ xơ dừa tươi và nhựa phế liệu. Tấm vật liệu này có thể ứng dụng trong xây dựng thay thế tấm lợp, cũng như nội ngoại thất khác.
Theo Lý Giới An - một trong hai tác giả của giải pháp: “Ứng dụng xơ dừa tươi và nhựa nilon phế thải để sản xuất vật liệu composite”: Xơ dừa có đặc tính cơ học và độ bền cao. Xơ dừa có đặc tính khó phân hủy. Chính vì vậy, nhóm đã tìm ra phương pháp để đưa nhựa phế liệu và xơ dừa trở về vòng đời của nó. Qua tìm hiểu nhóm biết đến vật liệu composit, vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu thành phần nhằm tăng những vật đặc tính về cơ học, lý học, hóa học, sinh học của những thành phần đó. Từ đó, An và bạn nhận thấy việc lựa chọn tổng hợp vật liệu composite từ nhựa và xơ dừa rất phù hợp.
Chia sẻ thêm về lý do chọn đề tài, An cho biết: Hàng năm cả thế giới thải ra môi trường hàng trăm tấn nhựa phế liệu mà lượng nhựa này ảnh hưởng tới môi trường trầm trọng cho cả môi trường nước và môi trường không khí. Không những vậy khi nhựa được phân hủy bằng nhiệt thì lại tiếp tục đẩy ra ngoài môi trường CO2 và khí thải khổng lồ có thể gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Bên cạnh đó, nhu cầu sử dụng dừa ngày một tăng, nhất là ở miền Nam hiện nay có hơn 300 ngàn ha trồng dừa. Riêng ở Bến Tre có hơn 70 ngàn ha trồng dừa với sản lượng 600 triệu quả dừa/năm. Quả dừa bình thường có thể sử dụng nước, thịt, gáo dừa, còn xơ dừa thì lược bỏ đi. Những trái dừa tươi khi được lấy hết nước và cùi thì đều phải mang tiêu hủy với giá 600 đồng/trái.
Vì vậy, An và bạn đã tổ chức thu gom xơ dừa tươi tại các điểm tiêu hủy. Đồng thời, nhóm cũng liên hệ với một nhà máy để thu gom bao nhựa phế thải. Tuy nhiên, để dự án đạt tính khả thi, các em đã tiến hành khảo sát, thu thập số liệu, tình hình sản xuất và sử dụng trái dừa tươi, lượng vỏ dừa thải ra mỗi ngày, cũng như thực trạng xử lý vỏ dừa tại Bình Dương. Từ đó, nhóm đã xây dựng phương án thu gom nguyên liệu, quy trình sản xuất vật liệu, bao gồm: Xử lý xơ dừa, nilon, thiết kế khuôn, máy ép thủy lực, thanh nhiệt, đèn chiếu nhiệt... Nguyên liệu sau khi làm sạch sẽ được đưa vào khuôn ép nhiệt, tạo thành tấm vật liệu.
Trong thực tế, composite chủ yếu được sản xuất từ nhựa nhiệt dẻo như: PE, PP, polyamit, polycacbonat, phối hợp giữa các vật liệu polyme, nền kim loại và gốm, gia cường sợi cốt thủy tinh. Ở đây, nhóm đã sử dụng xơ dừa để thay thế sợi thủy tinh. Vì vậy, để đảm bảo tính cơ học của vật liệu, nhóm đã phải làm rất nhiều lần các mẫu thử để đo về độ bền, va đập của vật liệu, đo độ kéo co, độ cứng của vật liệu để đưa ra các chỉ tiêu khi gia công. Từ đó, đánh giá độ bền của vật liệu. Quy trình làm ra tấm nhựa composite cũng trải qua nhiều bước thực nghiệm. Ý tưởng ban đầu là để cho nhựa chảy đều trong xơ dừa nên nhóm đã làm xơ dừa ít hơn nhựa, gồm 05 lớp nhựa và 04 lớp xơ dừa. Nhưng khi ép nhiệt và ép lực trong khoảng 30 phút thì sản phẩm không đạt độ dẻo, cứng như yêu cầu. Sau đó, với các lần thực nghiệm các tỷ lệ như 30/70, 50/50, 40/60, …và ép nhiệt trong môi trường nhiệt độ khác nhau, nhóm mới rút ra được tỷ lệ phù hợp. Sản phẩm hoàn thiện, sau khi được thử nghiệm tại trường Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh, được đánh giá đạt tiêu chuẩn về độ chịu lực, độ dẻo, khả năng chịu nhiệt, chống thấm tốt.
Vật liệu này ngoài sử dụng để làm tấm lợp thay thế Fibro xi măng, thì còn có thể được dùng để sản xuất đồ gia dụng như bàn ghế, tủ... Ngoài ra, sản phẩm còn có giá thành thấp so với các sản phẩm cùng tính năng. Theo nhóm, với giá nguyên liệu đầu vào là 20 ngàn/m2 cộng thêm chi phí nhân công, máy móc, năng suất máy, thì giá thành khoảng 40 ngàn m2. Giá thành này chỉ bằng ½ so với giá tôn thường tại thị trường nhưng lại có nhiều ưu điểm hơn tôn rất nhiều. Những năm gần đây, ngành khoa học vật liệu ngày càng phát triển không ngừng. Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu mới có nhiều tính năng ưu việt nhằm đáp ứng những yêu cầu, đòi hỏi phục vụ đời sống xã hội. Riêng vật liệu composit đã và đang thay thế dần các vật liệu truyền thống, bởi những tính năng ưu việt như độ bền, nhẹ, thân thiện môi trường. Vật liệu có thể ứng dụng ở những vùng lũ lụt vì chống được nước, những nhà tạm, những vườn ươm,…
Theo đó, giải pháp sản xuất composite từ xơ dừa tươi và nhựa phế liệu của hai em Lý Giới An và Lê Hồng Khang được Hội đồng Khoa học Cuộc thi Khoa học Kỹ thuật khối học sinh phổ thông trung học và phổ thông cơ sở đánh giá cao về tính nhân văn và ứng dụng cao. Không chỉ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, mà với việc tận dụng phụ phẩm thiên nhiên như xơ dừa sẽ làm giảm đáng kể giá thành sản xuất vật liệu, tăng giá trị kinh tế cho trái dừa.
Đề tài đã giành được giải Nhất tại cuộc thi Khoa học Kỹ thuật dành cho học sinh cấp trung học cơ sở và trung học phổ thông năm 2017 - 2018.
Thu Huyền