Thực hành báo cáo chuyen nganh hoa huu co

MỤC LỤC

BÀI 1: TÁI SINH GIẤY CARTON TỪ GIẤY THU HỒI
1. Mục đích thí nghiệm.
Tìm hiểu phương pháp sản xuất giấy thủ công.
Các tính chất cơ lý cơ bản của giấy.
Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất cơ lý.
Tận dụng nguồn nguyên liệu giấy thu hồi.
2. Cơ sở lý thuyết.
2.1. Giấy thu hồi.

1


Định nghĩa: giấy thu hồi là giấy đã qua ít nhất một lần sử dụng, không đạt tiêu chuẩn
từ các nhà máy giấy.
Ứng dụng: góp phần đáp ứng một lượng lớn nguyên liệu gỗ được sử dụng làm nguyên
liệu sản xuất gỗ, giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do lượng giấy thải ra.
Những ưu điểm của việc sử dụng giấy thu hồi làm nguyên liệu giấy:
+ Giá rẻ.
+ Tốn ít năng lượng nghiền.
+ Có thể thay thế một phần bột giấy mới.
+ Hiệu quả kinh tế cao, góp phần tiết kiệm nguồn tài nguyên gỗ từ rừng.
2.2. Nguyên liệu sản xuất giấy.
Nguyên liệu sản xuất giấy phải có tính chất sơ sợi, có khả năng đan kết, ép thành tấm
đồng nhất. Ở những chỗ sơ sợi tiếp xúc nhau có sự hình thành liên kết chặt chẽ. Giấy
gồm 2 thành phần chính:
 Bột giấy: có tính chât sợi, có nguồn gốc từ thực vật, động vật, vô cơ hay hữu cơ . Tinh
bột cũng là một chất cao phân tử, cũng tồn tại gốc hydroxyl alcol (thực vật) như
Xenluloze, do vậy chúng bám dính vào nhau và hình thành một liên kết vững chắc
Xenluloze - Tinh bột - Xenluloze. Kết quả là giấy sẽ tăng độ bền khô như độ nổi, độ

bền kéo, độ cứng, độ bền bề mặt, độ nhẵn… khi in sẽ sắc nét hơn, đồng thời hàm
lượng tinh bột thay đổi thì ảnh hưởng đến định lượng trong sản phẩm..
Cellulose là thành phần chính của bột giấy, là một loại polysaccarit được tạo thành từ
các monome là α-glucose. CTPT (C6H10O5)n, n=5000-14000 gọi là độ trùng hợp của
phân tử cenlulozo. Mỗi phân tử Cellulose gồm những đường đa được cấu tạo từ các
liên kết glucozo. Các phân tử glucose nối với nhau ở vị trí β-1,4 bằng cầu nối oxy.
Cellulose có hình dạng sợi dài, nhiều sợi liên kết song song với nhau thành chùm
nhờ các liên kết hidro giữa các nhóm –OH. Tóm lại: nhiều phân tử Glucose-> phân tử
Cellulose-> micel -> vi sợi (fibrille)->sợi celluloso/fibril (macrofibril). Giống như tinh
bột, cellulose được cấu tạo thành chuỗi dài gồm ít nhất 500 phân tử glucose. Các chuỗi
cellulose này xếp đối song song tạo thành các vi sợi cellulose có đường kính khoảng
3,5 nm. Mỗi chuỗi có nhiều nhóm OH tự do, vì vậy giữa các sợi ở cạnh nhau kết hợp
với nhau nhờ các liên kết hiđro được tạo thành giữa các nhóm OH của chúng. Các vi
sợi lại liên kết với nhau tạo thành vi sợi lớn hay còn gọi là bó mixen có đường kính 20
nm, giữa các sợi trong mixen có những khoảng trống lớn.
 Chất phụ gia: được thêm vào để gia tăng tính năng sử dụng của giấy như tính kháng
kéo, tính kháng nước, độ phủ, độ trắng...
+ Chất keo chống thấm,làm tăng khả năng kháng nước của giấy: AKD, ASA...
2


+ Chất trợ bảo lưu, chất tạo màu, tạo mùi.
+ Chất gia cường khô, chất gia cường ướt-> tăng độ bền cơ lý.
+ Chất độn->tăng tính quang học, hạ giá thành.
+ Phèn nhôm dùng đẻ kết tủa keo nhựa thông (AKD) lên bề mặt xơ sợi trợ bảo lưu keo
thông (AKD), ngoài ra còn điều chỉnh pH, kết tủa chất bẩn, tăng cường thoát nước và
ổn định môi trường gia keo.
3. Thực nghiệm.
3.1. Sơ đồ khối quy trình thí nghiệm.

3


Bảng 1.1.Phối liệu 8 mẫu giấy.
Mẫ
u
1
2

Thành phần phụ gia
Chung
Thay đổi
2.5ml
5ml Hồ tinh bột 2%
Al2(SO4)3.18H2O
15ml Hồ tinh bột 2%
4


3
4
nồng độ 2%.
5
6
2.5mlAl2(SO4)3.18H2
O nồng độ 2%
7
8
3.2. Kết quả thí nghiệm.

20ml Hồ tinh bột 2%
25ml Hồ tinh bột 2%
2.5ml AKD
7.5ml AKD
10ml AKD
15ml AKD

3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột.
Bảng 1.2.Tính chất cơ lí của các mẫu giấy khi thay đổi hàm lượng tinh bột.
Tính chất cơ lí

Mẫu 1.1

Mẫu 1.2

Mẫu 1.3

Mẫu1.4

Định lượng (g/m2)

313.33

190.29

238.86

205.50

Diện tích (cm2)

90.00

175.00

178.35

200.00

Khối lượng (g)

2.82

3.33

4.26

4.11

Độ kháng nước (s)

3p13s

7p28s

8p14s

5p40s

Hình 1.1.Mẫu giấy lần lượt 1.1;1.2;1.3;1.4 từ trái qua phải.

3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng AKD.
Bảng 1.3.Tính chất cơ lí của các mẫu giấy khi thay đổi hàm lượng AKD.
Tính chất cơ lí

Mẫu 2.1

Mẫu 2.2
5

Mẫu 2.3

Mẫu 2.4


Định lượng (g/m2)

196.25

164.57

180.60

178.05

Diện tích (cm2)

160.00

171.36

157.25

205.00

Khối lượng (g)

3.14

2.82

2.84

3.65

Độ kháng nước (s)

9ph11s

16ph46

25ph21s

27ph23s

Hình 1.2.Mẫu giấy lần lượt 2.1;2.2;2.3;4.4 từ trái qua phải.

3.3. Đồ thị.
Đồ thị 1.1.Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến thông số định lượng của giấy.
Dinh

luong
9/m2

6


Đồ thị 1.2.Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến độ kháng nước của giấy.

Đồ thị 1.3.Ảnh hưởng của hàm lượng AKD đến thông số định lượng của giấy.

Đồ thị 1.4.Ảnh hưởng của hàm lượng AKD đến độ kháng nước của giấy.

4. Nhận xét và đánh giá.
Đánh giá cảm quan:
+ Màu sắc: màu vàng nâu nhạt, giống giấy bìa carton.
+ Độ đồng đều: sản phẩm giấy tạo ra chưa có độ đồng đều cao, do thao tác xeo chưa
đúng.
+ Độ thô ráp : bề mặt giấy tương đối nhẵn, đạt yêu cầu.
Tuy nhiên do tạo hình tờ giấy mỗi tờ có một kích thước khác nhau nên việc kiểm tra
định lượng giấy và độ kháng nước của giấy cho một vài kết quả không nằm trong
khoảng cho phép của tiêu chuẩn đánh giá chất lượng giấy carton định lượng 105 g/m 2.
Khi thay đổi hàm lượng tinh bột thì định lượng giấy giảm dần sau đó tăng nhẹ;độ
kháng nước tăng đều sau đó giảm nhẹ.
Khi thay đổi hàm lượng AKD thì định lượng giấy giảm nhiều sau đó tăng dần;độ
kháng nước tăng đều lần lượt qua các mẫu.
Phải sử dụng giấy thu hồi ở trạng thái khô tuyệt đối: vì đương lượng các chất tính theo
khối lượng khô tuyệt đối nên nếu dùng nguyên liệu không khô tuyệt đối sẽ gây sai số
tuyệt đối, đồng thời ảnh hưởng đến tính bền sơ sợi nên tạo sản phẩm kém bền.
Đánh giá độ bền kéo.

7


BÀI 2: TỔNG HỢP NHỰA POLYESTER KHÔNG NO

1. Mục đích thí nghiệm.
Lý thuyết và kĩ năng tiến hành phản ứng tổng hợp nhựa polyester.
Phân tích các thông số kỹ thuật đặc trưng của polyester.
Kỹ năng đóng rắn nhựa polyester.
2. Cơ sở lí thuyết.
2.1. Tính chất chung.
UPE là sản phẩm trùng ngưng của axit carboxylic đa chức (polyaxit) và ancol đa chức
(polyol) hay từ quá trình trùng hợp mở vòng lactone. Trong đó, hoặc polyol hoặc
polyaxit hoặc cả hai đều có chứa nối đôi.
Nhựa polyester không no được chia thành nhiều loại tuỳ thuộc vào các nhóm cấu trúc
trên mạch chính, thông thường như orthophtalic, isophtalic, terephtalic, clorendic,
bisphenol–fumarate và dicyclopentadien.
2.2. Nguyên liệu tổng hợp.
Nguyên liệu để sản xuất UPE là các polyol và polyacid, nhưng thông thường
người ta dùng các diol và diaxit không no. Diol và diaxit có nhiều loại, do đặc tính của
chúng khác nhau nên UPE tổng hợp được cũng có tính chất khác nhau.
2.2.1. Nguyên liệu chính
2.2.1.1. Polyaxit (Diaxit)
Thường các poliaxit ở dạng anhydric để tổng hợp nhựa vì chúng có hoạt tính cao
hơn và không tạo sản phẩm phụ.
 Anhydric maleic (AM): C2H2(CO)2O
Công thức cấu tạo:

CH

CO

CH

CO

O

- Tính chất vật lý: Khối lượng riêng ρ = 1480 kg/m 3, nhiệt độ nóng chảy tnc = 350C,
nhiệt độ sôi ts = 199,90C, khối lượng phân tử M = 98 đvC.
- AM là chất ở dạng tinh thể màu trắng hút ẩm mạnh, tan được trong các dung môi
nước, rượu, cloroform, benzen. AM có thể tổng hợp từ butadien hoặc oxi hóa Furfurol
có khả năng đồng trùng hợp cao và khả năng tương hợp tốt với styren. Ở dạng kết tinh
8


AM là tinh thể hình thoi, dễ thăng hoa. AM là nguyên liệu dễ tìm, tương đối rẻ và tổng
hợp được UPE có tính chất cơ lý tốt.
 Anhydric phtalic (AP) (C8H4O3)
O

Công thức cấu tạo:

C
O
C
O

- Tính chất vật lý: khối lượng riêng ρ = 1530 kg/m 3, nhiệt độ nóng chảy tnc = 130°C,
nhiệt độ sôi ts = 2810C, khối lượng phân tử M = 148 đvC.

- AP là tinh thể màu trắng, tan trong nước, rượu, ete, dễ hút ẩm và thăng hoa. AP là
loại nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền. Nhựa UPE sản xuất từ nó tương đối rẻ tiền, bền
nhiệt, có độ bay hơi thấp, tính chất điện môi tốt, tương đối bền trong xăng, dầu và các
chất dẻo ở nhiệt độ thường. UPE có thể làm chất hóa dẻo cho PVC.
2.2.1.2. Polyol (diol)
a. Etylen glycol (C2H6O2)
Công thức cấu tạo HO-CH2-CH2-OH
Etylen glycol có các tính chất giống như một ancol thông thường nhưng do ảnh hưởng
của hai nhóm –OH nên có tính axit mạnh hơn. EG là chất lỏng không màu, rất dễ hút
ẩm, rẻ tiền, tan tốt trong nước, rượu. UPE tổng hợp từ EG cho nhựa giòn, độ kết tinh
cao, cấu trúc chặt chẽ.
-Điều chế EG:
+ Thủy phân dẫn xuất halogen:
Cl CH2 CH2 Cl

+

2 H2O

Na2CO3

HO CH2 CH2 OH

+ Thủy phân etylen oxit:

CH2 CH2

+ H2 O

O

CH2

CH2

OH

OH

b. Propylen glycol (C3H8O2)
Công thức cấu tạo:

CH3

CH2

CH2

OH

OH

9

+

2 HCl


-PG là chất lỏng không màu, hòa tan trong nước theo bất cứ tỷ lệ nào. UPE đi từ

PG có độ kết tinh thấp, độ bền uốn cao, độ hòa tan trong styren cao hơn etylen glycol.
Tổng hợp 1,2-propylen glycol được tiến hành từ propylen bằng polypropylen
clohydrin và propylenol.
2.2.1.3. Chất đóng rắn.
Monomer đùng để đóng rắn UPE phải có khả năng tạo liên kết ngang để khâu mạch
polymer. Thường sử dụng nhất là styrene (còn gọi là chất pha loãng) vì nó dễ dàng
phản ứng đồng trùng hợp với UPE, tăng độ cứng, độ bền cơ học, giảm độ co ngót của
nhựa, tạo khả năng chịu thời tiết và cách điện tốt, chỉ số khúc xạ của styren sau khi
đóng rắn cao. Hơn nữa, styren không chỉ là tác nhân đóng rắn mà còn mang mục đích
hoá dẻo cho nhựa.
+ Phương pháp chủ yếu điều chế styren là dehydro hóa Etylbenzen
CH2 CH3

xt, t O

CH CH2

+

H2

+ Tổng hợp từ benzen và ethylen có xúc tác AlCl3

+

H2 C

CH2

AlCl3, t,O P

CH CH2

+

H2

2.2.1.4. Các nguyên liệu khác.
Hydoquinon: là tác nhân được dùng làm chất ổn định trong quá trình tổng hợp UPE.
Hỗn hợp polyester không no với monomer không thể bảo quản trong một thời gian dài
do chúng có khả năng trùng hợp chậm ngay cả ở nhiệt độ phòng. Để ngăn chặn quá
trình đồng trùng hợp có thể dùng các phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu là cho
chất làm chậm vào phản ứng để kìm hãm quá trình đóng rắn khi cần thiết. Chất ổn
định có thể triệt tiêu các gốc tự do nên ngăn chặn được phản ứng trùng hợp.
Chất độ : Sợi thuỷ tinh là sản phẩm được sản xuất bằng công nghệ kéo từ dung dịch
nóng chảy ở nhiệt độ cao vào khoảng 1260°C. Thành phần cơ bản của dụng dịch bao
gồm: cát thạch anh, đá vôi, axít Bor, đất sét, tha,... được trộn theo một tỷ lệ hợp lý tuỳ
thuộc mục đích sử dụng. Sợi thuỷ tinh được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu
Polymer Composite. Ưu điểm của sợi thuỷ tinh là nhẹ, chịu nhiệt tốt, ổn định với các
tác động hoá - sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt thấp.
10


Chất tách khuôn (PVA): có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khuôn. Chất
tách khuôn dùng trong đắp tay là loại chất róc khuôn ngoại được bôi trực tiếp lên
khuôn.
Chất xúc tác: Các chất xúc tác chỉ được cho vào nhựa trước khi gia công. Vai trò của
chúng là tạo gốc tự do kích động cho quá trình xúc tác phản ứng đồng trùng hợp.
MEKP là tên viết tắt cuả metyl ethyl keton peroxide, nó thực chất là hỗn hợp của một
số hợp chất peroxide, thành phần thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất. Nó là chất oxi

hoá mạnh nên phải tránh tiếp xúc với oxi.
Chất xúc tiến : Chất xúc tiến là chất đóng vai trò xúc tác cho phản ứng tạo gốc tự do
cuả chất xúc tác. Dùng chất xúc tiến sẽ giảm được nhiệt độ và thời gian đóng rắn một
cách đáng kể và có thể đóng rắn nguội. Amin bậc ba, loại xúc tiến này thường được
dùng với các chất xúc tác peroxide, thuộc loại này thường gặp.
+ Dimetyl-aniline ( DMA ) : C6H5N(CH3)2
+ Dietyl-aniline ( DEA ) : C6H5N(C2H5)2
2.3. Tổng hợp nhựa UPE.
Giai đoạn 1: Tiền ngưng tụ tạo monoester.
Monoester được tạo ra bằng cách trộn các diol và anhydric ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp
(180÷1900C). Quá trình được thực hiện như sau:
Cho nguyên liệu vào thiết bị phản ứng, gia nhiệt ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp nhằm cho
anhydric tác dụng hết với các diol tạo sự đồng đều của mạch và hạn chế sự thăng hoa,
bốc hơi của nguyên liệu. Nhiệt độ sôi ban đầu khoảng 180 - 190 0C tùy thuộc vào độ
ẩm của nguyên liệu. Theo thời gian thì lượng glycol phản ứng với AP, AM tăng lên
đồng nghĩa với hàm lượng PG tự do giảm dần, như vậy tỷ lệ nước sẽ tăng lên, làm
nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng giảm xuống. Giữ phản ứng ở nhiệt độ sôi đến khi nhiệt
độ không thay đổi (khoảng 1700C), tương ứng lúc đó chỉ số axit không thay đổi nữa thì
dừng phản ứng. KLPT trung bình Mn = 100÷2000.

11


Giai đoạn 2: Nâng nhiệt độ tạo polyester

Ngoài ra, các phản ứng phụ có thể xảy ra làm đứt mạch phân tử, gây gel hoá làm
KLPT trung bình giảm, do đó tính chất cơ lý cũng giảm theo.
Khắc phục: Thay hệ thống sinh hàn ngược bằng sinh hàn chưng cất để tách loại nước
và glycol dư. Nâng nhiệt độ lên 200÷2500C, cho chất ổn định vào để nhựa không bị
gel hóa. Sục khí CO2 vào thiết bị phản ứng để tạo môi trường khí trơ, tách loại sản

phẩm phụ, quá trình trộn hợp được tốt hơn. Để nước được lôi cuốn tách ra nhanh hơn,
người ta cho xylen vào nồi phản ứng vì nó tạo hỗn hợp đẳng phí với nước, như vậy
nhựa tạo ra có KLPT trung bình cao.
2.4. Các phương pháp xác định khối lượng phân tử trung bình của polymer.
Phương pháp đo độ nhớt: đây là phương pháp cổ điển nhưng rất phổ biếm cho đến
ngày nay do dễ sử dụng, được xây dựng bởi Staudinger và Heuer từ năm 1930.
Phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa độ nhớt riêng và khối lượng phân
tử còn gọi là phương trình Mark-Houwink (1936):
Trong đó,K và α –hằng số đặc trưng cho cặp polymer-dung môi ở 1 nhiệt độ nhất định.
Phương pháp hóa học: xác định khối lượng phân tử trung bình bằng phương pháp phân
tích nhóm chức cuối mạch polymer. Người ta có thể chuẩn độ nhóm cacboxyl và
hydroxyl cuối mạch theo phương pháp chuẩn độ acid-base. Trong trường hợp nhóm
cacboxyl, cân mẫu polymer được hòa tan trong một dung môi thích hợp như aceton và
12


chuẩn độ với chỉ thị phenolphtalein. Còn hydroxyl, mẫu được acetyl hóa với anhydric
acetic dư, acid acetic được tạo ra, tiến hành chuẩn độ tương tự nhóm cacboxyl .
Trong đó : là KLPT, 2 là số nhóm chức trong polymer, m là khối lượng mẫu (g), là số
mol gốc COOH phản ứng với KOH.
Phương pháp đo áp suất thẩm thấu .
Phương pháp tán sắc ánh sáng.
Các phương pháp khác:
+ Khuếch tán.
+ Lắng trong dung môi khác nhau.
+ Sắc ký gel.
2.5. Độ bền kéo.
Độ bền kéo có thể được hiểu như là khi một lực tác động tăng dần đến khi vật liệu
dạng sợi hay trụ bị đứt. Ở giá trị lực kéo giới hạn cho sự đứt của vật liệu được ghi lại
được ký hiệu σk. Độ bền kéo thường để đánh giá vật liệu có tính mềm, dẻo, và kết quả

sẽ cho sai số thấp. Thường đánh giá các chỉ tiêu: modul, độ biến dạng, ứng suất.
3. Thực nghiệm.
3.1. Sơ đồ khối quy trình thí nghiệm.

13


14


15


3.2. Kết quả thí nghiệm.

Hình 2.1.Sản phẩm nhựa UPE

Hình 2.2.Mẫu nhựa đóng rắn.

16


Bảng 2.1.Khối lượng phân tử trung bình của UPE xác định theo phương pháp chuẩn
độ nhóm chức cuối mạch.
Xác định khối lượng phân tử polyester
VKOH (ml)

4.18

(g/mol)

1407

Bảng 2.2.Đo độ nhớt UPE
Đo dộ nhớt UPE
Thời gian chảy giữa 2 vạch chuẩn của dung môi Toluen
t(s)= 36.69
Thời gian chảy giữa 2 vạch chuẩn của dung các dung dịch UPE
C%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

t(s)

7.01

7.08

9.8

1.2

1.9

ts TB=5.4(s),chọn giá trị K=0.15, ∝ =0.5
M=1296 dvC
Bảng 2.3.Nhiệt độ đóng rắn UPE
Đóng rắn UPE
Mẫu

1

2

3

4

5

6

m UPE (g)

5

5

5

5

5

5

m Styren (g)

1

1.5

2

1

1.5

2

T0C đóng rắn

62

56

50

53

51

48

17


4. Nhận xét, đánh giá.
Sản phẩm nhựa tạo ra chưa đạt yêu cầu.
Quá trình đóng rắn không thực hiện được, do khi thực hiện quá trình chưa cung cấp đủ
nhiệt cho phản ứng xảy ra hoàn toàn, đồng thời nước chưa được tách ra khỏi hỗn hợp
sản phẩm do lắp đặt hệ thống sinh hàn chưa đúng-> sản phẩm lẫn nước và tạp chất
nhiều.
Phương trình phản ứng của nhựa UPE:

18


BÀI 3. CHẾ TẠO MÀNG PLASTIC SINH HỌC
1. Mục đích thí nghiệm.
−
−
−
−

Điều chế được tinh bột từ khoai tây.
Hiểu phương pháp và tổng hợp được màng plastic từ khoai tây.
Đánh giá được khả năng phân hủy sinh học của màng plastic sinh học.
Hiểu được cấu trúc của màng plastic sinh học thông qua việc sử dụng một số phương
pháp phân tích hóa lý hiện đại.
2. Cơ sở lí thuyết.
2.1. Khái niệm về polyme sinh học và polyme blend.

Polyme phân hủy sinh học (polymer tự hủy) là polymer bị phân hủy hoàn toàn
thành khí CO2, nước, các chất khoáng vô cơ hoặc sinh khối do hoạt động của các vi
sinh vật gây ra. Trong những năm gần đây, các polymer phân hủy sinh học được quan
tâm nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật công nghệ và đời sống vì
thân thiện với môi trường, tang cường sự phát triển bền vững.
Polyme blend (Vật liệu tổ hợp) là một loại vật liệu mới được ứng dụng nhiều trong
đời sống và các nghành kĩ thuật như thực phẩm, hàng không, đường sắt, ôtô, điện, điện
tử, dệt may, nông nghiệp, y tế… Polyme blend là hỗn hợp của hai hay nhiều polymer
và có tính chất vượt trội hơn so với các polyme thành phần. Polyme blend có một pha
liên tục và một hoặc nhiều pha phân tán. Mỗi một pha được tạo nên bởi một polymer
thành phần. Đặc tính của polymer blend được đánh giá thông qua tính chất, hình thái,
cấu trúc, khả năng hòa trộn và tương hợp giữa các polymer thành phần trong hệ.
Có ba loại polyme blend:

− Polyme blend hòa trộn và tương hợp hoàn toàn.
− Polyme blend hòa trộn một phần và tương hợp một phần.
− Polyme blend không hòa trộn và không tương hợp.
2.2. Pháp xác định độ tương hợp của polymer blend.

19


2.2.1. Phương pháp dựa vào phổ hồng ngoại.
Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) dùng để nghiên cứu tương tác giữa các nhóm chức
của các polyme thần phần và polymer blend. Nếu mũi hấp thu đặc trưng cho các nhóm
chức của các polymer thành phần không thay đổi tần số so với của polyme blend thì
các polymer này không tương hợp. Ngược lại, các mũi đặc trưng của polyme thành
phần thì các polymer tương hợp một phần.
2.2.2 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi điện tử.
Phương pháp ảnh hiển vi điện tử cho thấy sự đồng nhất – không đồng nhất, tính đồng

thể - dị thể và sự liên tục – không liên tục của các pha polyme trong polyme blend.
Phương pháp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và phương pháp hiển vi điện tử truyền
qua (TEM) được dùng phổ biến. Ngoài ra có thể đánh giá bằng phương pháp quan sát
cảm quan. Màng polymer blend thu được mờ và dễ vỡ vụn thì các polyme không
tương hợp.
2.3. Chế tạo polyme blend sinh học từ tinh bột khoai tây.
Tinh bột là một polyme mạch dài với đơn vị cơ bản là glucose gồm hai thành phần:
amylo mạch thẳng và amylopectic mạch nhánh. Amylo chủ yếu là α-D-(1,4)-glucan.
Amylopectic là phân tử rất lớn α-D-(1,4)-glucan liên kiết với α-D-(1,6) tại điểm
nhánh, chiếm khoảng 70-80% trong tinh bột.

Cấu trúc của amylopectic

Cấu trúc của amylo
20


Hình 3.1. Cấu trúc hai thành phần chính của tinh bột.
Tinh bột được sử dụng rộng rãi trong tạo màng vì sẵn có, giá rẻ. Màng tinh có độ
xuyên thấm thấp, bị phân hủy khi tiếp xúc với đất thành các thành phần không độc hại
nên sử dụng nhiều trong bao gói thực phẩm, màng che phủ đất trong nông nghiệp. Khi
tạo thành màng plastic, các phân tử tinh bột sẽ sắp xếp lại trật tự cấu trúc nhờ các liên
kiết hydro tạo ra vật liệu bền. Cấu trúc mạch thẳng của amylo dễ dàng tạo ra màng
plastic trật tự và bền hơn so với cấu trúc mạch nhánh của amylopectic. Hai nhóm chức
chính của tinh bột là OH dễ tham gia phản ứng thế còn nhóm C-O-C rất dễ bị bẻ gẫy
bằng enzim hoặc các tác nhân hóa học khác.

Trong thí nghiệm này axit HCl được thêm vào dung dịch tinh bột khoai tây để bẻ gãy
các liên kết của amylopectic mạch nhánh thành các amylo mạch thẳng. Quá trình axit
hóa diễn ra ở nhiệt độ sôi của dung dịch tinh bột do đó tinh bột dễ dàng bị mất cấu trúc

bán tinh thể, tan một phần trong nước và bị trương nở tạo thành hồ tinh bột có độ nhớt
rất cao. Khi làm lạnh, nước thoát ra cấu trúc bán tinh thể lại được khôi phục dẫn đến
sự tạo thành màng plastic giòn dễ gãy.
Poly vinyl ancol (PAV) là một polyme tổng hợp, không độc, tan trong nước, dễ gia
công, có thể PHSH trong đất và tương hợp với một số polyme sinh học, có khả năng
tạo màng có độ bền kéo đứt tốt. Tuy nhiên, thời gian để PVA PHSH khá dài. Tinh bột
có khả năng PHSH tốt, có thể tạo màng, giá thành thấp nhưng giòn, khó gia công.

21


Sự kết hợp PVA và tinh bột sẽ tạo ra một polyme blend cải thiện tính chất của các
polyme thành phần đặc biệt có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường.
Glyxerin là chất hóa dẻo. Nó đi vào trong chuỗi polyme và ngăn không cho các phân
tử polyme sắp xếp lại cấu trúc theo mạch thẳng để hình thành lại cấu trúc tinh thể làm
cho màng plastic giòn và không đàn hồi.

Hình 3.2. Cấu trúc của PVA
2.4. Các phương pháp thử nghiệm độ phân hủy sinh học (PHSH).
Khả năng PHSH của màng plastic sinh học được đánh giá dựa trên mức độ phân
hủy của nó trong môi trường mà được sử dụng. Ví dụ như màng phủ đất PHSH phải bị
phân hủy hoàn toàn dưới tác dụng của vi sinh vật trong môi trường đất, không nhất
thiết phải phân hủy trong môi trường biển. Một số phương pháp thử nghiệm đánh giá
khả năng PHSH của các polyme PHSH do ASTM và OCED (Organization of
Economic Cooperation and Development) ban hành:
−
−
−
−
−

Phương pháp thử nghiệm sturm biến tính.
Phương pháp thử nghiệm trong chai kín.
Phương pháp thử nghiệm buồng môi trường.
Phương pháp thử nghiệm đĩa pertri.
Phương pháp chôn mẫu dưới đất.
22


2.5. Ứng dụng của màng plastic sinh học.
Màng plastic sinh học có nhiều ứng dụng trong y học (da nhân tạo, chỉ phẫu thuật,
ngăn ngừa kết dính, các bộ phận thay thế nhân tạo…), nông nghiệp (màng phủ đất, bầu
ươm cây, kiểm soát nhả chậm hóa chất…), bao bì thực phẩm (hoa quả, trái cây, nước
uống…).
2.6. Các phương pháp khảo sát cấu trúc vật liệu polyme/clay nanocompozit.
2.6.1. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD).
Phương pháp này để đi xác định cấu trúc tinh thể. Việc phân tích cấu trúc vật liệu qua
phổ XRD được thực hiện khá dễ dàng, vì vậy đây là phương pháp khá được ưa
chuộng. Phương pháp này dựa vào phương trình Bragg :
sin θ = nλ/2d
Trong đó: λ là chiều dài bước sóng của tia X
d: khoảng cách cơ bản của clay
θ: góc nhiễu xạ
Đối với mỗi loại vật liệu thu được, phổ XRD có đặc điểm khác nhau:
Với vật liệu polyme/clay không trộn lẫn hay vật liệu nanocompozit dạng kết tụ: trên
phổ XRD khoảng cách cơ bản d 001 của vật liệu hầu như không thay đổi so với d 001 của
khoáng sét ban đầu.
Với vật liệu nanocompozit polyme/clay dạng chèn lớp: phổ XRD có pic d 001 thay đổi
so với d001 của clay ban đầu và thường dịch chuyển về góc có cường độ nhỏ hơn.
Với vật liệu nanocompozit polyme/clay dạng tách lớp: không xuất hiện pic d001 của

hệ vật liệu trên phổ XRD.

23


2.6.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
Phương pháp này với độ phóng đại cao cho phép khảo sát cấu trúc bên trong tại một vị
trí xác định của vật liệu polyme/clay nanocompozit, từ đó có thể quan sát những
khuyết tật trong cấu trúc của vật liệu. Thông thường, ảnh TEM thu được các vệt đen
của khoáng sét (do có chứa các nguyên tố Al, Si, O) trên nền polyme sáng màu hơn.

24


2.6.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).
Phổ IR có thể cho phép phân biệt liên kết trong hỗn hợp và liên kết hóa học trong vật
liệu nanocompozit, nói chung là để nghiên cứu cấu tạo phân tử. Tuy nhiên, những sự
khác nhau nhiều khi rất nhỏ, vì vậy việc sử dụng phổ IR trong phân tích vật liệu
nanocompozit luôn cần có sự phối hợp với các phương pháp khác.
3. Thực nghiệm.
3.1. Sơ đồ quy trình điều chế màng plastic.

25