Bài 1 thí nghiêm chuyên đề

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN ĐỀ VẬT LIỆU HỮU CƠ
BÀI 1:
NHẬN BIẾT PLASTIC THÔNG DỤNG VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI
LƯỢNG PHÂN TỬ POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT

GVHD: TS. PHAN VŨ HỒNG GIANG

Ngày thí nghiệm:
Nhóm 01
HỌC KỲ I – NĂM HỌC 2022-2023


I. NHẬN DẠNG MỘT SỐ LOẠI POLYMER THÔNG DỤNG
- Sử dụng biểu đồ nhận dạng các loại plastic thông dụng (plastics identification
chart) và các dung dịch có khối lượng riêng phù hợp (ví dụ: nước d=1.00
g/cm3,ethanol 43% d=0,93 g/cm3, CaCl2 32% d=1,3 g/cm3, ...) để định danh
các mẫu plastic được giao trong buổi thí nghiệm. Khi thực hiện cần lưu ý là biểu
đồ này được xây dựng dựa trên những đặc tính chung nhất khi quan sát vật liệu,
các chất phụ gia, chất màu và các yếu tố khác có thể làm thay đổi thông tin nhận
được.
Lưu ý:
- Cần cẩn thận khi tiến hành nhận dạng loại plastic bằng phương pháp đốt mẫu
vì mùi tạo ra thường khó chịu và có thể gây hại.
- Khi đốt mẫu, chỉ đốt một ít ở góc mẫu, phải sử dụng đĩa petri để hứng giọt
chảy (nếu có) và muội than.
TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

MẪU 1

MẪU 2

MẪU 3

Hình 1.1. Các mẫu nhựa thực nghiệm.
Mẫu thử: bao gồm 3 mẫu nhựa (đã cắt thành miếng nhỏ).
- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để dự
đoán phân loại tạm thời. Tiến hành đốt trực tiếp, quan sát hiện tượngkhi cháy.
 Mẫu 1:


- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân
loại tạm thời mẫu nhựa.
- Tiến hành đốt trực tiếp và quan sát hiện tượng khi cháy. Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm
ra thành chất lỏng khi được đốt bằng ngọn lửa đèn cồn và đóng rắn lại khi làm nguội.
=> Vậy mẫu 1 có thể là nhựa nhiệt dẻo.
- Thả mẫu nhựa 1 trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu chìm trong nước => mẫu 1 không phải
là polyolefins.
- Mà khi đốt lên mẫu 1 cháy nhanh, cho đầu ngọn lửa màu vàng và xuất hiện vệt màu đen
khi đưa ra xa ngọn lửa.
=> Từ các dữ kiện trên có thể kết luận mẫu 1 là PET.

Hình 1.2. Mẫu nhựa số 1
A. Mẫu ban đầu; B. Mẫu khi thả xuống nước;
C. Mẫu sau khi đốt.
 Mẫu 2:
- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân
loại tạm thời mẫu nhựa.

- Tiến hành đốt trực tiếp và quan sát hiện tượng khi cháy. Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm
ra thành chất lỏng khi được đốt bằng ngọn lửa đèn cồn và đóng rắn lại khi làm nguội.
=> Vậy mẫu 2 có thể là nhựa nhiệt dẻo.
- Thả mẫu nhựa 2 trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu 2 nổi trong nước => mẫu 2 là
polyolefins.
=> Mà khi đốt lên mẫu 2 cháy chậm, tiếp tục cháy khi đưa ra xa cho đầu ngọn
lửa màu vàng.
=> Từ các dữ kiện trên có thể kết luận mẫu 2 là PP.


Hình 1.3. Mẫu nhựa số 2
A. Mẫu ban đầu; B. Mẫu khi thả xuống nước;
C. Mẫu sau khi đốt.
 Mẫu 3:
- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân
loại tạm thời mẫu nhựa.
- Tiến hành đốt trực tiếp và quan sát hiện tượng khi cháy. Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm
ra thành chất lỏng khi được đốt bằng ngọn lửa đèn cồn và đóng rắn lại khi làm nguội.
=> Vậy mẫu 3 có thể là nhựa nhiệt dẻo.
- Thả mẫu nhựa 3 trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu 3 nổi trong nước => mẫu 3 là
polyolefins.
- Mà khi đốt lên mẫu 3 cháy nhanh, tiếp tục cháy khi đưa ra xa cho đầu ngọn lửa màu
vàng.
=> Từ các dữ kiện trên có thể kết luận mẫu 3 là PE.

Hình 1.4. Mẫu nhựa số 3
A. Mẫu ban đầu; B. Mẫu khi thả xuống nước;
C. Mẫu sau khi đốt.
Kết luận:

Mẫu
Phân
loại

1
PET

2
PP

3
PE

II. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ĐO ĐỘ NHỚT
 Độ nhớt tương đối:
Trong đó ŋ, t và ŋo , to lần lượt là độ nhớt và thời gian chảy trong nhớt kế của dung
dịch và dung môi

nguyên chất.

 Độ nhớt riêng

ŋsp:

Khối lượng phân tử Poly(vinyl alcohol) (PVA) áp dụng theo phương trình
Mark-Houwink:
[ŋ] = K𝑀̅ a
Trong đó: K= 2,0x10-4 dL/g, a = 0,76 (cho hệ PVA/nước)

 Độ nhớt đặc trưng:

III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
 Sau khi đo độ nhớt của dung môi (nước) với thời gian chảy là 229 (s)
_ Ta lần lượt đo thời gian chảy của PVA ứng với nồng độ 0,25; 0,50; 0,75; 1,00 g/
dL.
Ta có: kết quả thực nghiệm:
C
(g/dL)

0
(mẫu
trắng)

0,25

0,50

0,75

1,00

t1 (s)

229

261

362

457

547

t2 (s)

231

267

387

462

549


t3 (s)

233

264

391

464

572

tTB

231

264

380

461

556

Ta có bảng số liệu sau:
C (g/dL)

0
(mẫu trắng)

231

-

-

-

264

1,143

0,143

0,572

0,50

380

1,645

0,645

1,290

0,75

461

2,000

1,000

1,333

1,00

556

2,407

1,407

1,407

0,25

Từ bảng
số liệu
trên, theo
ŋ sp và C

Giản đồ ŋ𝐬𝐩/𝑪 và C của hệ 𝐏𝐕𝐀/𝒏ướ𝒄 và C của hệ 𝐏𝐕𝐀/𝒏ướ𝒄ướ𝒄
1.6
f(x) = 1.02 x + 0.51
R² = 0.72

1.4
1.2

C

1

của hệ
PVA ta có

0.8

nước

0.6

biểu đồ:

0.4
0.2
0
0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Từ giản đồ ta được phương trình y = 1.0192x + 0.5135 với R² = 0.7162
ŋ sp

Trong đó y là C

và x là C

Dung phương pháp ngoại suy,
Ta có: x = 0 → y = 0,7162 = [ŋ]
Lại có: [ŋ] = K(MPVA)a
↔ 0,7162 = 2,0 x 10-4 x (MPVA)0,76

1.1


↔ MPVA = 47459.31603
Vậy: Khối lượng phân tử trung bình nhớt của mẫu polymer là 47459.31603 g/mol.
IV. TRẢ LỜI CÂU HỎI:
Câu 1: Hãy trình bày cách nhận biết các loại plastic được thực hiện trong
buổi thí nghiệm bằng phương pháp tỷ trọng và phương pháp ngọn lửa.
Phương pháp ngọn lửa: ở phương pháp này, ta quan sát được các tính chất
khi đốt vật liệu dưới ngọn lửa, là: khả năng duy trì sự cháy và màu sắc
ngọn lửa, mùi, tốc độ cháy, nhỏ giọt hay khơng và một số tính chất đặc
trưng khác. Sử dụng biểu đồ nhận dạng một số loại plastic thông dụng
(Plastic Indentification Chart) để xác định màu sắc ngọn lửa của từng loại
nhựa.
Phương pháp tỷ trọng: tỷ trọng d là tỷ số giữa khối lượng riêng của một
chất với khối lượng riêng của một chất tham chiếu (chất tham chiếu trong thí
nghiệm là nước). Trong phương pháp này ta sẽ dựa trên sự chênh lệch khối
lượng riêng của polymer và nước (≈ 1 g/L), nếu khối lượng riêng của polymer
nhỏ hơn 1 g/L thì vật liệu sẽ nổi, ngược lại, nếu khối lượng riêng của polymer
lớn hơn 1 g/L vật liệu sẽ chìm. Dựa theo bảng khối lượng riêng của một số
loại polymer:
Polyme
r
PP

HDPE
PET
PS
HIPS
PVC
PC
PA6
LDPE
PMMA

Khối lượng
riêng (g/mL)
~ 0,905
~ 0,96
~ 1,135 – 1,39
~ 1,05
~ 1,04
~ 1,35
~ 1,20
~ 1,14
~ 0,925
~ 1,18


Câu 2: Tại sao nhựa PA sủi bọt khi cháy và có khả năng tự dập tắt ngọn lửa?
- Nhựa polyamide (PA) có các nhóm chức đặc trưng dùng để liên kết các
monomer là liên kết:

nên có khả năng hút ẩm. Trong khơng khí ln có hơi ẩm, nên các phân tử
nước dễ dàng len lõi vào các mạch polymer. Các phân tử nước được hấp

thụ nằm xen kẽ bên trong các mạch phân tử sẽ nhận nhiệt lượng và giãn
nở làm tăng thể tích, thốt ra ngồi dưới dạng hơi tạo thành bọt.
- Các loại nhựa PA tạo từ các nguyên tố C, H, O, N. Khi bị đốt thơng
thường sẽ tạo ra khí CO2, H2O, N2 và các hợp chất khác. Với lượng khí
trơ như CO2, N2,… địi hỏi lượng lớn O2 để duy trì sự cháy. Vì thế PA có
thể dễ dàng tự dập tắt lửa.
Câu 3: Tại sao nhựa PET có nhiệt độ nóng chảy khoảng 255-260oC
nhưng ly nhựa PET lại không thể chịu được nước nóng 80oC, trong khi
đó PP có nhiệt độ nóng chảy chỉ khoảng 165-170oC nhưng ly nhựa PP
lại chịu được nước sơi 100oC?
Vì ly nhựa PET phần lớn là chất rắn vơ định hình nên khi nhiệt độ trên
80oC (trên nhiệt độ Tg) nó sẽ chuyển sang trạng thái mềm cao nhưng khi
ta cho nó làm lạnh từ từ chuyển sang trạng thái kết tinh thì nó sẽ chịu
được nhiệt độ cao khoảng 255 - 260oC. Còn đối với ly nhựa PP phần lớn
nhựa PP là kết tinh isotactic nên có độ bền cơ lý cao chịu được nhiệt độ
nước sôi.
Câu 4: Chỉ số chảy MFI của plastic là gì?
- Ta có: chỉ số chảy MFI được viết tắt từ Melt Flow Index. Là chỉ số
dùng để xác định đặc tính dỏng chảy của vật liệu tại nhiệt độ và áp suất
nhất định.


- Chỉ số chảy (MFI) hoặc MI là số gam nhựa nhiệt dẻo đùn được trong
thời gian 10 phút ở điều kiện chuẩn, định bằng nhớt kế mao quản áp
suất khơng đổi. Chỉ số nóng chảy thể hiện tính lưu động của nhựa nhiệt
đẻo ở trạng thái nóng chảy tại nhiệt độ và áp khơng đổi. Chỉ số nóng
chảy càng lớn thì khối lượng phân tử nhỏ khả năng lưu động càng cao
và dễ gia công.
- Khi chạy nhựa HDPE trên máy ép phun, MFI yêu cầu thường cao, vì ép
phun thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có nhiều chi tiết

phức tạp, ví dụ như két bia. Còn đối với máy ép đùn, chỉ số MFI không
cần quá cao.
- Giá trị MI phù hợp của HDPE cho gia công các sản phẩm của:
o Ống nhựa HDPE:
Loại
45GP00
4
46GP00
3
46GP00
9
o Chai nhựa HDPE: MI = 3,90 g/10 min

MI
0,45 g/10
min
0,30 g/10
min
0,90 g/10
min

o Két bia HDPE: MI = 1,20 g/10 min
Câu 5: Tại sao để đặc trưng cho khối lượng phân tử của nhựa PET lại sử
dụng giá trị độ nhớt đặc trưng (IV) mà không sử dụng MI, hãy nêu ứng
dụng cụ thể của nhựa PET theo các giá trị IV khác.
Đơn vị độ nhớt đặc trưng IV:
- Ta có độ nhớt tương đối:

Độ nhớt tương đối là tỷ số của độ nhớt dung dịch polymer và độ nhớt dung
môi. Khi khảo sát với nồng độ chất tan thấp thì độ nhớt tương đối còn được

tính bằng thời gian dung dịch polymer đi qua một thể tích chia cho thời gian
dung mơi đi qua một thể tích tương tự => Độ nhớt tương đối khơng có đơn
vị.
- Quy ước rằng:

- Như vậy, độ nhớt đặc trưng được thể hiện bằng cơng thức:

- Vì độ nhớt ηspec khơng có đơn vị, nên đơn vị của độ nhớt đặc trưng phụspec khơng có đơn vị, nên đơn vị của độ nhớt đặc trưng phụ
thuộc vào nồng độ C, nồng độ ở đây được tính bằng đơn bị g/dL, suy ra
đơn vị của IVphải là dL/g.
Trong đó:
t: thời gian chảy trung bình của dung dịch (s)
t0: thời gian chảy trung bình của dung mơi
(s) C: nồng độ dung dịch polymer (dL/g)
→ Nhựa PET nhiệt độ nóng chảy lớn nên dùng MI khó, đo khơng phù hợp, nên
phải đo bằng IV. Dùng IV đặc trưng cho khối lượng phân tử, độ nhớt lớn khối
lượng phân tử cao. Tùy thuộc vào từng sản phẩm mà ta sẽ chọn loại nhựa PET
có giá trị IV phù hợp để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất.
- Chai chứa nước: không cần độ bền cao như đối với chai có gas, độ bền chỉ
cần giữ để chai luôn ổn định, giá trị IVthích hợp từ 0,78 đến 0,8 dL/g.
- Chai nước có gas (CSD): nhựa phải có độ bền cao để có thể chịu được ứng
suất nội do carbon dioxide gây ra, mà khơng gây ra biến dạng, nổ. Loại
nhựa thích hợp là loại có IVcao khoảng từ 0,8 đến 0,82 dL/g và mức
copolymer thấp.
- Chai bia: cần những tính chất tương tự như chai nước ngọt có gas, nhưng
yêu cầu cao hơn, chịu được nhiệt độ trong q trình chiết rót nóng, tiệt
trùng, tính che chắn cao hơn (độ thẩm thấu khí oxy, carbon dioxide thấp

hơn), mức địi hỏi tùy thuộc vào loại bia, kích thước chai, điều kiện môi
trường (hạn sử dụng, nhiệt độ, độ ẩm). Có thể cải thiện tính che chắn bằng
màng phủ hoặc tạo chai nhiều lớp. Giá trị IV thích hợp khoảng ≥ 0,89
dL/g.
Câu 7: Hãy tự tra cứu tài liệu hằng số Mark – Houwink của cặp polymer/
dung môi polystyrene/tetrahydrofuran, sau đó xác định khối lượng phân
tử trung bình nhớt của PS theo số liệu cho ở bảng dưới.
Ta có:
Trong đó:
[ηspec khơng có đơn vị, nên đơn vị của độ nhớt đặc trưng phụ]: độ nhớt đặc trưng của polymer, dL/g
MV: phân tử lượng trung bình của polymer tính theo độ nhớt, g/mol
K, a: hằng số phụ thuộc vào bản chất của polymer và dung môi
Hằng số Mark – Houwink của cặp polymer/dung mơi
polystyrene/tetrahydrofuran, có giá trị như sau:
K = 0,00016
a = 0,700

[η], dL/g
MV, g/mol

Mẫu 1
0,2769
42267,62

Mẫu 2
0,1995
26460,87

Mẫu 3

0,1711
21248,52

Mẫu 4
0,1208
12922,68


12