Tiềm năng lớn từ nắp hố ga vật liệu composite SMC cải tiến bằng Bakelite có nguồn gốc biến tính dầu điều

Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng đã tổng hợp được nhựa gia cường là Baketlite có nguồn gốc từ dầu vỏ hạt điều, sau đó dùng vật liệu này vào sản xuất nắp hố ga composite, giúp tăng khả năng chịu lực, độ bền, giảm đáng kể chi phí đầu tư và hạn chế đáng kể tình trạng mất cắp so với sử dụng nắp hố ga làm bằng gang, sắt và thép.

Hiện nay, các sản phẩm được sử dụng trong các công trình thoát nước đô thị như nắp hố ga, nắp ga thoát nước mưa thường sử dụng các loại vật liệu như gang, sắt, thép, bêtông cốt thép. Hạn chế của các sản phẩm này là thi công phức tạp, giá thành cao, thường xuyên xảy ra tình trạng bị kẻ gian lấy trộm, qua đó gây thiệt hại về kinh tế cho chủ đầu tư và hơn hết là làm xấu vẻ mỹ quan đô thị. Ngoài ra, nắp hố ga truyền thống còn nhanh chóng bị ăn mòn theo thời gian sử dụng nên phải thường xuyên thay mới. 

Khắc phục những hạn chế trên, ngày nay các sản phẩm nắp hố ga được nhiều quốc gia chế tạo bằng nhựa composite, pha trộn giữa nhựa và chất độn nhằm tăng tính chất cơ lý của sản phẩm. Trong đó, nắp hố ga bằng composite được cải tiến bằng nhựa Bakelite có những lợi thế vượt trội như chịu được nhiệt độ cao lẫn nhiệt độ thấp, có khả năng kháng ăn mòn, chịu trọng tải lớn. Chưa dừng lại ở đó, composite cải tiến  có thể được đúc rất nhanh chóng, giảm thời gian sản xuất, và có khả năng chống điện và được đánh giá cao vì độ dẫn điện thấp.

Ngoài ra, công nghệ sản xuất nắp hố ga bằng composite có nguồn nguyên liệu dồi dào, giá thành thấp, trọng lượng nhẹ bằng 1/4 so với gang thép, nên dễ dàng thay thế, sửa chữa, vận chuyển, thuận lợi cho việc thi công lắp đặt, đặc biệt là không tạo tiếng ồn khi xe chạy qua,… Một lợi điểm quan trong khác của nắp hố ga làm bằng vật liệu composite là không bị mất trộm, bởi vật liệu này không có khả năng tái chế nên rất thích hợp để sử dụng tại vị trí công cộng.

Để sản xuất sản xuất vật liệu Bakelite biến tính, các công ty hiện có thể dùng dầu từ vỏ hạt điều, dựa trên phản ứng trùng ngưng của nhóm phenol với formaldehyde. Nhằm tận dụng vỏ hạt điều là phụ phẩm của quá trình sản xuất và chế biến hạt thành thực phẩm, để giảm giá thành điều chế nhựa tổng hợp, nhóm chuyên gia tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ “Nghiên cứu cải tiến hỗn hợp SMC (từ nhựa polyesther và sợi thủy tinh) bằng nhựa Bakelite biến tính dầu điều ứng dụng sản phẩm nắp hố ga cho khu dân cư thuộc Thành phố Hồ Chí Minh”.

Thạc sỹ Huỳnh Thành Công, chủ nhiệm nhiệm vụ cho biết, trong vỏ hạt điều chứa 20-25% lượng dầu nên là nguồn nguyên liệu có giá trị trong sản xuất nhiên liệu tái tạo, biodiesel, vật liệu kết dính, sản xuất sơn phủ, sử dụng làm chất đốt, phụ gia thuốc bảo vệ thực vật,… Các hợp chất hóa học trong dầu vỏ hạt điều có thể tham gia vào các phản ứng ngưng tụ với formaldehyde qua nhân phenol tạo thành nhựa cardanol formaldehyde, hoặc trùng hợp qua mạch nhánh chưa bão hòa để tạo thành các sản phẩm nhựa có các đặc tính đặc biệt, đơn cử như nhựa sau khi đóng rắn vẫn giữ được độ dẻo cao hơn so với các nhựa phenol khác, nhất là ở nhiệt độ cao.

"Nhựa có thể hòa tan hoặc tương hợp với các hydrocarbure tương tự như các nhựa trên cơ sở alkylphenol, có thể chống được acid, kiềm do bản chất kỵ nước của các mạch hydrocarbon", đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ thông tin thêm.

Nắp hố ga được sản xuất từ nhựa Bakelite dầu vỏ hạt điều

Dựa vào các tính chất trên, nhóm kỹ sư - chuyên gia tại Viện Khoa học vật liệu ứng dụng đặt ra mục tiêu cần nghiên cứu, chế tạo nhựa Bakelite phụ gia làm gia gia cường bề mặt cho vật liệu composite ứng dụng trong sản xuất nắp hố ga thu nước thải. Đồng thời, nghiên cứu cải thiện và phát triển công nghệ chế tạo, công thức phối trộn (nguyên vật liệu, thời gian ép, lực ép, nhiệt độ ép), thiết lập quy trình sản xuất thử nghiệm và đánh giá chất lượng các sản phẩm.  

Sau hai năm nghiêm túc nghiên cứu và hoàn thiện, thạc sỹ Huỳnh Thành Công và các cộng sự tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng đã tổng hợp thành công được nhựa Bakelite từ dầu vỏ hạt điều phản ứng trùng ngưng với formaldehyde, sử dụng xúc tác ở quy mô phòng thí nghiệm.

Trong đó, hiệu suất phản ứng đạt được 92,5% ở điều kiện nhiệt độ 100oC, thời gian phản ứng là 4 giờ. Nhựa Bakelite sau tổng hợp được phân tích cấu trúc bằng quang phổ FT-IR cho thấy đặc trưng của liên kết -C-O-C- do phản ứng giữa nhóm -CHO của FM và nhóm hydroxyl của cardanol, các liên kết đặc trưng của nhóm chức -OH của phenol, liên kết C-H trong nhóm aldehyde -CHO. Bằng phương pháp phân tích nhiệt đã xác định vật liệu Bakelite chế tạo từ DVHĐ với formaldehyde, xúc tác acid có thể gia công bằng phương pháp nhiệt, độ bền nhiệt của vật liệu Bakelite là 425,39 độ C. 

Sản phẩm nắp hố ga và tấm chắn rác 

Nhóm cũng đã xác định được chế độ kỹ thuật thích hợp để gia công vật liệu composite SMC/Bakelite, cụ thể là hàm lượng Bakelite 3%, lực ép 500 Kg/cm2, nhiệt độ khuôn ép 150 - 180 độ C, thời gian ép 5 phút. Ở chế độ kỹ thuật này, vật liệu SMC/Bakelite đạt các tính chất cơ lý, chịu tải trọng, kháng mài mòn, độ lão hóa theo thời gian đạt tiêu chuẩn sử dụng làm vành và nắp hố ga của hệ thống thoát nước.

Từ các kết quả trên, nhóm đã tiến hành sản xuất thử vành và nắp hố ga tại công ty Vicadi. Kích thước của sản phẩm vành thu nước mưa 960x530x70 mm, nắp thu nước mưa 860x430x50 mm, vành hố ga 800x800x70 mm, nắp hố ga D700x40 mm. Sản phẩm vành hố ga, vành và nắp thu nước mưa chịu được tải trọng 12,5 tấn, nắp hố ga chịu được lực được tải trọng 25 tấn. Các sản phẩm của đề tài có tính chất cơ lý như độ bền va đập và khả năng chịu mài mòn vượt trội so với một số sản phẩm nắp hố ga composite hiện được thương mại trên thị trường. Cụ thể, nắp hố ga được chế tạo từ vật liệu composite SMC/Bakelite với thành phần 97% SMC và 3% Bakelite tổng hợp từ dầu vỏ hạt điều đạt khả năng chịu tải trọng, có độ bền uốn, bền kéo, bền nén cao, độ hấp thụ nước nhỏ hơn 1%, kháng mài mòn nên đạt tiêu chuẩn để đưa vào sản xuất và ứng dụng trên thị trường.

Bề mặt vật liệu SMC/Bakelite dưới kính hiển vi soi nổi

Thạc sỹ Huỳnh Thành Công khẳng định, vành và nắp hố ga được làm từ composite có gia cố sợi thủy tinh hoặc vật liệu composite khác thể hiện tính năng ưu việt hơn so với các vật liệu truyền thống như nhẹ, chống chịu được thời tiết khắc nghiệt, môi trường có tính ăn mòn cao,… nên từ lâu đã được ứng dụng tại các nước châu Âu. 

"Do đó, việc sử dụng nắp hố ga bằng composite có nhiều ưu điểm so với sử dụng nắp hố ga truyền thống như có thể thi công tùy theo tải trọng cần thiết, dễ lắp đặt, sửa chữa, chi phí bảo trì thấp, có thể điều chình màu sắc, thiết kế họa tiết,… phù hợp với mục đích của người sử dụng và đặc biệt là ít bị lấy cắp do vật liệu này không thể tái chế", thạc sỹ Huỳnh Thành Công cho biết.

Thi công nắp và vành hố ga tại huyện Cần Giuộc, Long An và sản phẩm sau 3 tháng sử dụng.

Sản phẩm vành và nắp hố ga là kết quả của nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu cũng đã được lắp đặt thử nghiệm trên Quốc lộ 50 đoạn qua địa bàn huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An.  Sau 3 tháng sử dụng cho thấy, sản phẩm không bị cong vênh hay nứt gãy.

“Từ kết quả nghiên cứu của đề tài và điều tra nguồn nguyên liệu dầu vỏ hạt điều được sản xuất tại Việt Nam thì việc định hướng đầu tư nhà máy sản xuất vành và nắp hố ga, tấm chắn rác, các chi tiết, đồ dùng ngoài trời bằng vật liệu composite với công suất 10.000 bộ sản phẩm/năm có tính khả thi cao”, thạc sỹ Huỳnh Thành Công khẳng định.  

Cũng theo đại diện Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, hiện nay trên thị trường cũng có các sản phẩm nắp hố ga sản xuất từ vật liệu composite. So với các sản phẩm hiện có trên thị trường thì nắp hố ga composite dầu vỏ hạt điều vụ đã sản xuất thành công, ứng dụng trong thực tế tại nhiều địa phương rõ ràng đã có những cải tiến, tính mới như ngoài thành phần chính là vật liệu SMC còn sử dụng thêm nhựa gia cường là Bakelite có nguồn gốc từ dầu vỏ hạt điều.  Công nghệ này góp phần làm tăng khả năng chịu lực, độ bền của sản phẩm, cũng như nâng cao giá trị kinh tế của dầu vỏ hạt điều trong ngành công nghiệp chế biến hạt điều xuất khẩu. Cụ thể, nắp hố ga sử dụng vật liệu SMC cải tiến bằng Bakelite tổng hợp từ dầu vỏ hạt điều có độ bền va đập cao hơn, độ bền uốn, độ bền kéo tương đương với một số sản phẩm nắp hố ga composite thương mại. 

Nhóm chuyên gia tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng kiến nghị Sở KH&CN TP.HCM xem xét giao cho các đơn vị thuộc Sở GTVT TP.HCM tiếp nhận công nghệ là sản phẩm của nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được nghiệm thu, để có thể nhanh chóng triển khải sản xuất vành, nắp hố ga, tấm chắn rác,… sử dụng cho nhu cầu thay thế hệ thống nắp hố ga cũ và xây dựng hệ thống thoát nước thải tại các khu đô thị và đường giao thông trên địa bàn. 

Chưa dừng lại ở đó, đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ cũng cho biết thêm rằng, nhu cầu sử dụng nắp hố ga composite tại một số địa phương như TP.HCM, Long An, Bình Dương là rất lớn, và các chủ đầu tư sẵn sàng sử dụng sản phẩm nếu đạt các yêu cầu về độ bền, tính chịu lực và giá thành hợp lý, đạt mỹ quan đô thị. Vì vậy, việc đầu tư phát triển phân xưởng sản xuất vành và nắp hố ga với chất liệu SMC/nhựa Bakelite từ dầu vỏ hạt điều trên địa bàn TP.HCM trong tương lai sẽ không chỉ phục vụ cho nhu cầu địa phương, mà còn có khả năng phát triển sang nhiều tỉnh, thành khác trên toàn quốc.