Kết quả chụp sem của polyme có và không có sắt từ

§å ¸n nghiªn cøu tèt nghiÖp Ph¹m V¨n Nam
Môc lôc
Líp HD2-k46 Trêng §H B¸ch Khoa Hµ Néi
1
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
Mở đầu
ô nhiễm môi trờng trên thế giới và trong nớc ngày càng trầm trọng, các
hoạt động của loài ngời đã dần phá huỷ môi sinh, môi trờng xung quanh chúng
ta. Vấn đề ô nhiễm do rò rỉ dầu và đặc biệt là các vụ tràn dầu, đắm tàu là thảm
cảnh với các sinh vật biển. Trong lĩnh vực xử lý các ô nhiễm nguồn nớc do dầu
gây ra thì việc tách dầu ra khỏi nớc là công việc chủ yếu. Trên thế giới đã có
các nghiên cứu về các vật liệu ứng dụng trong việc này nh: silic dioxit, than
hoạt tính, bột giấy, sợi polypropylene... Một trong những vật liệu đợc sử dụng
là sản phẩm của phản ứng đồng trùng hợp vinyl monome có chứa các nhóm kị
nớc nh butyl methacrylat, lauryl methacylat...Hay dẫn xuất của vòng thơm
thông qua phản ứng trùng hợp hoặc đồng trùng hợp. Các sản phẩm này không
chỉ có tác dụng hấp thụ dầu mà còn đợc ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp,
y tế và nhiều ngành công nghiệp khác.
Đặc biệt trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ
nano nhiều loại vật liệu mới ra đời với các tính chất nổi trội hoặc thay đổi hẳn
so với dạng mẫu khối của vật liệu tơng ứng. Nhiều nhà khoa học đã nghiên
cứu và thấy rằng khi tiến hành trùng hợp hay đồng trùng hợp các monome có
nhóm kị nớc khi có mặt các hạt sắt từ thì hiệu quả hấp thụ dầu tăng lên rất
đáng kể. Hơn nữa sự có mặt của sắt từ trong polyme sẽ làm dễ dàng hơn việc
thu hồi các sản phẩm polyme sau khi đã hấp thụ dầu. Việc tổng hợp với các
kích thớc nano cũng là một trong những nội dung của đồ án, khi ở kích cỡ
nano các hiệu ứng bề mặt tăng lên rất đáng kể vì theo một số tài liệu thì sự có
mặt của hạt nano sắt từ làm khả năng hấp thụ dầu sẽ tăng lên. Chính vì vậy
trong luận văn này chúng tôi tiến hành đồng trùng hợp lauryl methacrylat với
styren có mặt của chất tạo lới và các hạt nano sắt từ nhằm tạo ra một vật liệu
mới có khả năng hấp thụ dầu cao, dễ thu hồi sau khi xử lý môi trờng.

Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
2
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
Việc chế tạo vật liệu này sẽ mở cho chúng tôi một hớng mới trong nghiên
cứu ứng dụng trong thực tiễn, một vấn đề mà với nớc ta đang là những bức xúc
nhất.
Nội dung và phạm vi của vấn đề sẽ đi sâu nghiên cứu, giải quyết và
triển vọng sẽ đạt đợc:
+ Nghiên cứu động học của quá trình đồng trùng hợp lauryl methacrylat,
styren với sự có mặt của các chất tạo lới và các hạt nano sắt từ. các yếu tố ảnh
hởng nh nhiệt độ, áp suất, tỷ lệ các cấu tử tham gia phản ứng, các chất xúc tác,
chất khơi mào. Từ đó tìm ra đợc phơng pháp tổng hợp hiệu quả nhất cho quá
trình tổng hợp.
+ Nghiên cứu tổng hợp các hạt nano sắt từ bằng các phơng pháp :
- phơng pháp nghiền
- phơng pháp oxy hoá
- phơng pháp thuỷ phân cỡng chế
- Phơng pháp đồng kết tủa
+ Hoạt hoá bề mặt sắt từ bằng axit oleic.
+ Chế tạo vật liệu nano compozit sắt từ ứng dụng trong xử lý dầu, khảo
sát các ảnh hởng tới khả năng hấp thụ dầu của sản phẩm.
+ ảnh hởng của các yếu tố nh: tỷ lệ monome, hàm lợng chất khơi mào,
hàm lợng chất tạo lới, thời gian trùng hợp.
+ Nghiên cứu khảo sát khả năng hấp thụ dầu (khả năng trơng trong
dầu) của vật liệu tổng hợp đợc.
Chơng I: Tổng quan
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
3
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
I Tình hình ô nhiễm dầu và các biện pháp khắc phục

Hiện tợng dầu tràn là nguyên nhân làm cho môi trờng trở nên ô nhiễm
nặng nề. Sự thiệt hại mà nó gây nên thật khó có thể lờng đợc và gây ra tác hại
lâu dài, có thể dẫn đến sự diệt vong của các loài sinh vật biển. Hàng năm lợng
dầu mỏ thất thoát do tràn dầu, rò rỉ giàn khoan, đờng ống dẫn và quá trình
chuyên chở chiếm tới hơn 2% tổng lợng dầu sử dụng của toàn thế giới [7].
Ngoài sự thiệt hại về kinh tế thì vấn đề ô nhiễm môi trờng là mối quan tâm lớn
đối với hầu hết các nớc có nguồn dầu mỏ cũng nh các nớc sử dụng nhiều
nguồn nguyên liệu này.
Khi dầu thô và các sản phẩm dầu mỏ tràn ra môi trờng thì sẽ gây phá
huỷ nhiều hệ sinh thái khác nhau. Dầu thô khi bị tràn ra môi trờng biển sẽ lơ
lửng trên mặt nớc bởi tỷ trọng của nó nhỏ hơn nớc biển. Tỷ trọng trung bình
của dầu khoảng 0,83 0,95 g/cm
3
, trong khi đó của nớc nguyên chất là 0,998
g/cm
3
và của nớc biển là 1,025 g/cm
3
. Chính vì vậy mà các loài chim khi săn
mồi trên biển bị ngấm dầu và cuối cùng bị chết. Mặt khác, khi dầu lơ lửng trên
mặt nớc, nó sẽ làm giảm lợng O
2
hoà tan trong nớc gây ảnh hởng đến đời sống
của nhiều sinh vật khác sống trong môi trờng nớc. Ta có thể lấy ví dụ về sự
kiện tràn dầu Torrey Canyon ở bờ biển nớc Anh năm 1967 làm 10,000 con
chim bị nhiễm dầu và 90% số chim này bị chết trớc khi bờ biển này đợc làm
sạch. Với sự phá huỷ môi trờng nghiêm trọng nh vậy nên vấn đè này khiến
không chỉ ngành dầu khí mà nhiều ngành khoa học khác cũng đã quan tâm tìm
cách để khắc phục và giải quyết.
Các nhà khoa học đã cố gắng tìm ra nhiều cách để làm sạch các nguồn

nớc bị ô nhiễm dầu. Một số phơng pháp đã đợc nghiên cứu sử dụng nh:
1- Phơng pháp cơ học
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
4
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
ở Mỹ thờng sử dụng 3 phơng pháp cơ học sau để thu gom dầu tràn:
a - Phao giữ dầu (booms)
Đây là phơng pháp dễ dàng làm sạch dầu khi nó nằm trong một khu
vực. thiết bị này đợc gọi là các hàng rào ngăn chặn đễ giữ dầu tràn ra hay nổi
trên mặt nớc ở lại trong một khu vực. Phao chắn này nổi trên mặt nớc và có 3
phần: phần tự do nổi trên mặt nớc ngăn không cho dầu thoát ra theo nớc ở phía
trên rào chắn; phần thứ hai nằm ở phía dới rào chắn ngăn không cho dầu theo
nớc thoát ra ở bên dới rào chắn; phần thứ 3 là những sợi cáp hay dây để liên
kết, giữ chặt các phao lại với nhau. Cái phao chắn này sẽ vòng xung quanh khu
vực dầu tràn và giữ nó lại đó. Từ đó có thể dùng các phơng pháp khác để thu
hồi dầu.
b - Máy hút dầu (skimmer)
Với phơng pháp này ta cũng có thể dùng dể thu hồi dầu tràn. Thiết bị
này hoạt động nh thiết bị làm sạch chân không, nó hấp thụ dầu trên mặt với ái
lực hấp dẫn hay phá huỷ liên kết vật lý của dầu với nớc và dầu đợc giữ lại
trong một khoang chứa. Dầu sẽ đợc mang đi để thu hồi lại sau đó dể dàng. Tuy
nhiên, phơng pháp này chỉ làm việc dễ dàng nếu dầu không loang ra trên diện
tích rộng hay dòng nớc không chảy.
c - Chất hấp thụ
Đây là những vật liệu có khả năng thấm chất lỏng. Dầu sẽ thấm trên bề
mặt vật liệu tạo thành từng lớp. Những vật liệu này sẽ kéo dầu ra khỏi nớc một
cách dễ dàng. Vì thế mà chúng đợc đặt ở những bờ biển, nơi xảy ra sự cố tràn
dầu hoặc đợc phun trực tiếp lên khu vực dầu tràn. Vật liệu hấp thụ này trông
rất giống nh khăn giấy. Nó còn có thể hấp thụ dầu từ đá hay cả khi chúng bám
trên cơ thể động thực vật. Tuy nhiên, có một vấn đề quan trọng khác là: khi

Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
5
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
hấp thụ, chúng sẽ nặng hơn nớc nên chúng sẽ chìm xuống phía dới đáy biển và
làm ảnh hởng xấu đến sự sống của động vật nơi đó.
2- Phơng pháp hoá học
Những chất hoá học đợc sử dụng ở đây trông nh các chất tẩy rửa ta th-
ờng dùng. Phơng pháp này chỉ sử dụng để loại bỏ dầu trong một khu vực nhỏ
khi mà dầu tồn tại dới dạng những giọt lỏng phân tán hay trộn lẫn.Vấn đề của
phơng pháp này là khi những hợp chất hoá học này sẽ phân huỷ gây phá huỷ
môi trờng biển và sẽ phân tán vào trong cơ thể động vật gây nguy cơ nhiễm
độc về sau cho các loài vật và con ngời khi sử dụng chúng làm thức ăn.
3- Phơng pháp vật lý
Ta có thể đốt cháy dầu bằng không khí. Phơng pháp này có thể làm sạch
dầu đến 98% khi dầu tràn có độ dày không quá 3 mm. Phơng pháp này đã đợc thử
nghiệm thành công ở Canada. Trong suốt chiến tranh vùng vịnh, mặc dù dầu đợc
đốt rất nhiều nhng không gây ra sự cố ô nhiễm không khí. Tuy nhiên, phơng pháp
này cần phải đợc kiểm tra kỹ lỡng trớc khi sử dụng.
4- Phơng pháp sinh học
Có nhiều loại vi khuẩn và nấm trong tự nhiên có thể phân huỷ dầu. Nh-
ng quá trình phân huỷ xảy ra cực kì chậm, phải mất rất nhiều năm mới phân
huỷ đựoc vài microgam. Vì thế, không thể dùng phơng pháp này để xử lý dầu
tràn vì lợng dầu quá lớn.
Các phơng pháp xử lý dầu tràn hiện nay rất tốn kém mà không thể thu
hồi hết lợng dầu tràn trôi nổi trên mặt nớc. Vì vậy chúng tôi đã quyết định
nghiên cứu để tạo ra một loại vật liệu cao phân tử mang từ tính có khả năng
hấp thụ dầu. Phơng pháp này vừa có thể làm sạch dầu tối đa mà lại không gây
tổn hại đến môi trờng sống của các loài động thực vật khác. Với phơng pháp
này, chúng tôi sử dụng copolyme của laurylmethacrylat và styren làm chất hấp
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội

6
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
thụ. Copolyme sẽ đợc tạo thành những hạt nhỏ có chứa các hạt sắt từ kích thớc
nano nên dễ dàng phun vào khu vực dầu tràn và dễ dàng thu hồi sau khi đã hấp
thụ dầu bằng từ trờng của nam châm. Copolyme này sẽ hấp thụ dầu vào trong
mạng lới không gian của mình nhờ gốc lauryl a dầu và giữ lại trong polyme, ta
sẽ dùng nam châm có từ trờng mạnh hút các hạt này lên. Nh vậy, việc phun
copolyme dạng hạt vào khu vực dầu tràn này có thể làm sạch cả các vết dầu
loang cực nhỏ hay cả khu vực dầu tràn lớn. Việc có thể thu hồi sau khi sử dụng
tránh đợc việc, copolyme sau khi hấp thụ nặng hơn nớc có thể chìm xuống đáy
biển gây các hậu quả môi trờng về sau.
Việc nghiên cứu và đa vào sử dụng các copolyme có chứa thành phần
alkylacrylat trong xử lý môi trờng là một đề tài mới đợc một số nơi trên thế
giới bắt đầu nghiên cứu.Vì vậy, chúng tôi hy vọng sẽ tạo đợc hạt copolyme
của laurylmethacrylat và styren có chứa hạt sắt từ kích thớc nano có khả năng
hấp thụ dầu cao.
II- Đặc điểm của vật liệu polyme hấp thụ dầu
Vật liệu polyme sử dụng để hấp thụ dầu thờng tồn tại ở dạng gel, nó có
thể trơng nhng không tan trong dầu hay dung môi hữu cơ không phân cực và
phải hoàn toàn kị nớc. Ngời ta còn gọi loại vật liệu này là "organogel", đó
chính là gel trơng trong dung môi hữu cơ. Khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ
không phân cực các thành phần chất lỏng sẽ khuếch tán vào cấu trúc bên trong
mạng lới và đợc giữ lại trong đó. Tuỳ theo độ trơng mà gel có bề ngoài giống
nh cao su, gelatin, hay dạng rắn nh gạch nếu độ trơng của nó rất thấp [11].
Mạng lới polyme có cấu trúc không gian ba chiều tạo nên dạng gel đó
có ứng dụng rất rộng rãi. Tính chất a dầu, kị nớc của vật liệu đã đợc ứng dụng
thành công trong nhiều lĩnh vực: làm màng chống thấm nớc, sử dụng làm
màng sắc ký trong thiết bị đo sắc ký, làm chất hấp thụ trong lĩnh vực dợc
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
7

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
phẩm sinh học, công nghiệp hoá chất, nông nghiệp, làm nền cho chất xúc tác
hoặc chất ổn định enzym hay nền trong thiết bị trao đổi ion ...[4]
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu chế tạo ra vật liệu polyme dùng
để hấp thụ các chất hữu cơ, dầu mỏ lan tràn trên mặt nớc. Điển hình là nhóm
các polyme đợc tạo ra trên cơ sở trùng hợp hay đồng trùng hợp các dẫn xuất
alkylacrylat, alkylmetacrylat và các hợp chất dẫn xuất của vòng thơm. Độ
mềm dẻo và khả năng trơng nở trong dung môi không phân cực là những đặc
điểm quan trọng bao hàm cả tính chất lý hoá của vật liệu polyme. Việc nghiên
cứu, chế tạo vật liệu polyme có khả năng hấp thụ dầu cao ứng dụng trong xử lý
môi trờng đã đợc biết đến từ lâu nhng đến nay vẫn thu hút nhiều nhà khoa học
do khả năng ứng dụng rộng rãi của nó. Việc tiếp tục nghiên cứu nhằm tạo ra
công nghệ đơn giản hơn, hoàn thiện thêm tính chất và khả năng ứng dụng của
vật liệu [6].
III - Cấu tạo và tính chất của polyme hấp thụ dầu
Polyme hấp thụ dầu có cấu tạo từ các phân tử polyme đợc khâu mạch
bởi các tác nhân khâu mạch là các monome lỡng chức không no tạo nên
polyme có cấu trúc mạng lới không gian ba chiều. Đặc điểm của loại vật liệu
này là có cấu trúc xốp, mạng lới không gian ba chiều mềm dẻo có thể co lại
khi cha hấp thụ dầu vì thế thể tích ban đầu của chúng thờng nhỏ, thuận tiện
cho việc chuyên chở bảo quản. ở trạng thái này, polyme có thể phân tán tốt
trên bề mặt nớc, khi tiếp xúc với dầu nổi trên mặt nớc, dầu sẽ khuếch tán vào
trong mạng lới không gian và nằm trong đó. Khả năng hấp thụ dầu của vật liệu
đợc xem nh là do tác dụng của lực Van Der Waals giữa các nhóm a dầu và dầu
nổi trên mặt nớc. Nhờ có cấu trúc mạng lới không gian ba chiều (dạng gel) có
khả năng co dãn tốt nên dầu dễ dàng khuếch tán vào cấu trúc không gian bên
trong của mạng lới. Cấu trúc không gian này đợc xem nh là cái bẫy dầu. Trong
quá trình trơng hai hiện tợng xảy ra đồng thời: sự thâm nhập của dầu vào các
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
8

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
khoảng không gian bên trong của cấu trúc polyme và tiếp theo là sự dãn của
mạch polyme. Sự dãn mạch phụ thuộc vào các lực tơng tác bên trong cấu trúc
polyme, trên thực tế đây là lực đẩy. Lực đẩy này là kết quả của các lực khác
nhau nh lực lỡng cực, lực Van Der Waals, lực phân tử... Đặc trng tính trơng
của gel đợc quyết định bởi sự cân bằng giữa hai loại lực: lực trơng gây nên bởi
áp suất thẩm thấu và các lực khác có trong gel [8,12].
Yêu cầu chung đặt ra khi chế tạo vật liệu hấp thụ dầu là: khả năng hấp
thụ dầu lớn, tốc độ hấp thụ dầu cao, phân tán tốt trên bề mặt nớc, dễ thu hồi
sau khi đã hấp thụ tối đa, có thể nhả hấp thụ và sử dụng lại nhiều lần sau khi
nhả hấp thụ.
Khả năng hấp thụ dầu của polyme phụ thuộc nhiều yếu tố: nhiệt độ của
quá trình trùng hợp, đồng trùng hợp, nồng độ chất khởi đầu, tỷ lệ đơng lợng
monome và mật độ tạo lới trong copolyme, khả năng ái lực với dầu của các
nhóm có mặt trong cấu trúc của polyme.
Một thành phần quan trọng để tạo nên cấu trúc vật liệu polyme có khả
năng trơng nở mà không tan trong dung môi là sự có mặt của tác nhân tạo lới.
Thông thờng chất tạo lới dùng trong quá trình trùng hợp, đồng trùng hợp
polyme hấp thụ dầu là divinylbenzen, etylen glycol dimetacrylat là các
monome lỡng chức. Hàm lợng các chất này trong thành phần polyme là không
lớn, chỉ chiếm vài phần trăm nhng có vai trò rất quan trọng, sự thay đổi hàm l-
ợng của nó làm ảnh hởng rất lớn đến cấu trúc bên trong mạng lới polyme, độ
mềm dẻo của vật liệu, điều này liên quan trực tiếp tới khả năng hấp thụ dầu
[13-15].
Độ trơng là tính chất quan trọng nhất của gel, bởi phần lớn các tính chất
khác của vật liệu hấp thụ dầu đều liên quan đến độ trơng. Có nhiều cách khác
nhau để xác định độ trơng, tuy nhiên phơng pháp đánh giá độ trơng thông qua
trọng lợng tỏ ra thích hợp nhất do sự phát triển của các phơng pháp đo trọng l-
ợng trong thời gian gần đây.
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội

9
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
IV- Phơng pháp tổng hợp vật liệu cao phân tử
IV.1- phản ứng trùng hợp và các yếu tố ảnh hởng
1- Phản ứng trùng hợp
Quá trình trùng hợp của hai hay nhiều monome khác nhau để tạo thành
hợp chất cao phân tử gọi là đồng trùng hợp. Đại phân tử nhận đợc từ quá trình
đồng trùng hợp đợc gọi là copolyme. Thành phần cấu tạo của copolyme chứa
các mắt xích tạo nên từ các monome ban đầu liên kết với nhau tuân theo một
trật tự nhất định. Phản ứng đồng trùng hợp thờng đợc sử dụng để tạo ra các vật
liệu polyme có các tính chất lý hoá cần thiết mà phản ứng trùng hợp không thể
tạo ra đợc. Để đạt đợc sản phẩm theo yêu cầu cần phải nghiên cứu, lựa chọn
nguyên liệu ban đầu cũng nh phơng pháp tổng hợp thích hợp.
Tỷ lệ các cấu tử ban đầu có mặt trong sản phẩm thu đợc từ quá trình
đồng trùng hợp thay đổi trong giới hạn rộng tuỳ thuộc vào khả năng hoạt hoá
của các monome ban đầu tham gia phản ứng.
Việc xác định khả năng phản ứng của các monome trong quá trình đồng
trùng hợp có ý nghĩa thực tế hàng đầu. Khi biết đợc điều này có thể xác định
và tính toán đợc diễn biến của toàn bộ quá trình đồng trùng hợp.
a- Phản ứng trùng hợp gốc
Phản ứng trùng hợp các hợp chất không no nh olefin, các dien, các dẫn
xuất cha no của axit... trong sự có mặt của gốc tự do và sự lớn lên của mạch
phân tử bắt đầu bằng sự kết hợp của monome với gốc tự do để hình thành đại
phân tử.
Các phản ứng xảy ra trong quá trình trùng hợp:
Khơi mào:

Kd
(R)
2

2R
(1)
(R)
2
là các hợp chất có khả năng tạo gốc tự do.
Phát triển mạch:
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
10
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam

R
+
CH
2
=CH
X
Ki
R
CH
2
X
CH


R- CH
2
-CH +
X
CH
2

=CH
X
Kp
R-CH
2
-CH-CH
2
-CH
X
X

R CH
2
CH CH
2
CH + CH
2
=CH
X
X X
n-1
R CH
2
CH CH
2
CH
X
X
n
2 R CH

2
CH R CH
2
CH CH CH
2
R
2Ktc
X
X
X

2R CH
2
CH R CH=CH + R CH
2
CH
2
X
X
X
2Ktd

ở đây:
Kd : là hằng số tốc độ phản ứng phân huỷ chất khởi đầu.
Ki : là hằng số tốc độ khởi đầu phản ứng.
Kp : là hằng số tốc độ phát triển mạch.
Ktc : là hằng số tốc độ phản ứng đứt mạch do kết hợp.
Ktd : là hằng số tốc độ phản ứng đứt mạch không cân đối.

R

: là trung tâm hoạt động.
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
11
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
b- Động học của quá trình trùng hợp gốc tự do
Nếu thừa nhận nồng độ của chất khơi mào là [I] thì tốc độ phân huỷ
chất khơi mào Vd là:
Vd = Kd. [I] (7)
Vì phân huỷ một phân tử chất khơi mào sẽ xuất hiện 2 gốc nên tốc độ
hình thành chúng phải gấp 2 lần tốc độ phân huỷ, nghĩa là bằng 2Kd.[I]
Nếu gọi f là hiệu lực của chất khơi mào thì tốc độ khơi mào trùng hợp Vi là:
Vi = d[

R
]/dt = 2f.Kd.[I]. (8)
Do sự khác nhau về khả năng phản ứng của các gốc đang phát triển rất
nhỏ nên có thể sử dụng đại lợng [

R
] để biểu diễn công thức chung của các
gốc trong hệ. Thừa nhận f không bị thay đổi trong quá trình trùng hợp, tốc độ
Vi tỉ lệ thuận với đại lợng [I], theo phơng trình (5), (6) tốc độ biến mất của các
gốc Vi là:
Vi = d[

R
]/dt = 2( Ktc + Ktd).[

R
]2. (9)
Bắt đầu từ một thời điểm nào đó, ở những mức độ chuyển hóa không
sâu, tốc độ hình thành của các gốc có thể coi nh bằng tốc độ biến mất của
chúng (điều kiện dừng). Từ (8), và (9) ta có:
2(Ktc+Ktd).[

R
]2 = 2f.Kd.[I] (10)

f.Kd.[I]
Ktc +Ktd
1/2
[R]=

Tốc độ trùng hợp V tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của monome, do đó:
V = Vi + Vp (12)
Vi rất nhỏ so với Vp nên:
V = Vp = Kp.[M].[

R
] (13)
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
12
(11)
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
Từ (11),(12) và (13) ta có:

V = Kp
Ktc + Ktd
.[ I ].[M]
f.Kd
1/2
Theo lý thuyết, tốc độ trùng hợp tỷ lệ với căn bậc 2 của nồng độ chất
khơi mào, và tỷ lệ tuyến tính với nồng độ monome.
c- Một số yếu tố chủ yếu ảnh hởng lên quá trình trùng hợp gốc
+ ảnh hởng của nhiệt độ
Nói chung tất cả các phản ứng trùng hợp đều là phản ứng toả nhiệt, khi
tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng và phụ thuộc vào hiệu ứng nhiệt. Khi nhiệt
độ tăng thì làm tăng vận tốc của tất cả các phản ứng hoá học kể cả các phản
ứng cơ sở trong quá trình trùng hợp. Việc tăng vận tốc quá trình làm hình
thành các trung tâm hoạt động và vận tốc phát triển mạch lớn, do đó làm tăng
quá trình chuyển hoá của monome thành polyme và đồng thời cũng làm tăng
vận tốc của phản ứng đứt mạch dẫn đến làm giảm trọng lợng phân tử trung
bình của polyme nhận đợc.
+ ảnh hởng của nồng độ chất khơi mào
Khi tăng nồng độ của chất khơi mào, số gốc tự do tạo thành khi phân
huỷ cũng tăng lên dẫn tới làm tăng số trung tâm hoạt động, do đó vận tốc
trùng hợp chung cũng tăng nhng khối lợng phân tử trung bình giảm.
+ ảnh hởng của nồng độ monome
Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trờng pha loãng
vận tốc trùng hợp và trọng lợng phân tử trung bình tăng theo nồng độ của
monome. Nếu monome bị pha loãng có khả năng xảy ra phản ứng chuyển
mạch do đó làm giảm trọng lợng phân tử trung bình của polyme nhận đợc.
+ ảnh hởng của áp suất
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội
13

(14)
Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp Phạm Văn Nam
Khi tăng áp suất lên khoảng vài hay hàng chục atmosphe thì hầu nh
không có ảnh hởng gì đến quá trình trùng hợp. Nhng ở áp suất cao hàng chục
nghìn atmosphe thì vận tốc phản ứng trùng hợp tăng lên khá nhiều nhng không
làm giảm trọng lợng phân tử trung bình của polyme nhận đợc.
+ ảnh hởng của O
2
Các peoxit có thể phân huỷ ra gốc tự do. khi đó xảy ra hai trờng hợp:
- Nếu gốc tự do kém hoạt động thì oxy kìm hãm quá trình trùng hợp.
-
- Nếu gốc tự do đó hoạt động thì oxy có tác dụng làm tăng vận tốc của
quá trình trùng hợp.
Do đó ảnh hởng của oxy phụ thuộc vào bản chất của monome.
2-
2- Các phơng pháp tiến hành phản ứng trùng hợp
Phụ thuộc vào từng loại monome và điều kiện gia công, sử dụng, có thể
tiến hành trùng hợp theo các phơng pháp sau: trùng hợp khối, trùng hợp dung
dịch, trùng hợp nhũ tơng và trùng hợp huyền phù.
a- Trùng hợp khối
Là quá trình trùng hợp tiến hành với monome lỏng tinh khiết, có thể
khơi mào theo phơng pháp nhiệt, quang hoặc sử dụng chất khơi mào. Trong tr-
ờng hợp thiết có thể cho vào chất điều chỉnh và chất hoá dẻo. Ngoài một lợng
nhỏ chất khơi mào trong khối polyme nhận đợc chỉ còn một số monome cha
tham gia phản ứng. Do đó polyme nhận đợc rất tinh khiết, trong suốt, thờng đ-
ợc dùng trong công nghiệp thuỷ tinh hữu cơ nhng có nhợc điểm là khi mức độ
chuyển hoá cao, độ nhớt của hổn hợp phản ứng lớn, khả năng dẩn nhiệt kém
nên nhiệt phản ứng tách ra tơng đối khó khăn dẩn đến hiện tợng quá nhiệt cục
bộ. Do nhiệt độ không đồng nhất nên độ đồng đều của trọng lợng phân tử
Lớp HD2-k46 Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội

14