Nghiên cứu quá trình trùng hợp ghép một số vinyl monome lên xenlulozơ và thử nghiệm ứng dụng hấp thu dầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

NGUYỄN TRUNG ĐỨC

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRÙNG HỢP GHÉP MỘT SỐ
VINYL MONOME LÊN XENLULOZƠ VÀ THỬ NGHIỆM
ỨNG DỤNG HẤP THU DẦU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

Hà Nội - 2017
i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

NGUYỄN TRUNG ĐỨC

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRÙNG HỢP GHÉP MỘT SỐ

VINYL MONOME LÊN XENLULOZƠ VÀ THỬ NGHIỆM
ỨNG DỤNG HẤP THU DẦU

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
Mã số: 62440114

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. GS.TS. Nguyễn Văn Khôi
2. TS. Nguyễn Thanh Tùng

ii

Hà Nội - 2017


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn
của GS.TS Nguyễn Văn Khôi và TS Nguyễn Thanh Tùng. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công
trình khoa học nào khác. Một số kết quả trong luận án là kết quả chung của
nhóm nghiên cứu đã được các đồng tác giả cho phép sử dụng.
Tác giả luận án

Nguyễn Trung Đức

iii

LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành tại Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam. Trong quá trình nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự
giúp đỡ quí báu của các thầy cô, các nhà khoa học, các đồng nghiệp, bạn bè và
gia đình.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn tới
GS.TS Nguyễn Văn Khôi và TS. Nguyễn Thanh Tùng – những người thầy đã
tận tâm hướng dẫn khoa học, truyền cho tôi tri thức cũng như chỉ bảo, giúp đỡ,
động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án
này.
Xin được trân trọng cảm ơn các anh chị và các bạn đồng nghiệp tại Phòng
Vật liệu polyme, Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt
Nam đã đóng góp ý kiến hết sức quý báu về nội dung luận án và tạo điều kiện
thuận lợi để tôi thực hiện luận án này.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Công ty xăng dầu B12 Quảng Ninh tạo điều
kiện để thử nghiệm, đánh giá sản phẩm.
Xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Khoa học & Công nghệ và
Ban lãnh đạo Viện Hóa học cùng các phòng ban của Học viện, Viện đã giúp đỡ
và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân
và bạn bè đã luôn tin tưởng, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2017

Tác giả luận án

Nguyễn Trung Đức
iv


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu chung về sợi thực vật và xenlulozơ .............................................. 3
1.1.1. Thành phần hoá học của sợi thực vật .......................................................... 3
1.1.2. Cấu tạo phân tử xenlulozơ và tính chất cơ lý của sợi thực vật ................... 5
1.2. Phản ứng trùng hợp ghép lên xenlulozơ ...................................................... 12
1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình trùng hợp ghép ................................................. 12
1.2.2. Trùng hợp ghép theo cơ chế gốc ............................................................... 16
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trùng hợp ghép ................................. 27
1.2.4. Trùng hợp ghép các vinyl monome mạch dài lên xenlulozơ .................... 36
1.3. Ứng dụng copolyme ghép xenlulozơ làm vật liệu hấp thu dầu ................... 39
1.3.1. Các phương pháp xử lý sự cố tràn dầu ...................................................... 39
1.3.2. Sự cố tràn dầu và tình hình nghiên cứu xử lý dầu tràn ở Việt Nam ......... 47
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 51
2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu .................................... 51
2.1.1. Nguyên liệu hóa chất ................................................................................. 51
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị, phương pháp nghiên cứu .............................................. 52
2.2. Phương pháp tiến hành ................................................................................. 53
2.2.1. Trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi xenlulozơ .............................. 53
2.2.2. Tổng hợp polyme hấp thu dầu trên cơ sở trùng hợp ghép có mặt chất tạo
lưới....................................................................................................................... 56
2.2.3. Nghiên cứu động học hấp phụ dầu của copolyme ghép và đặc tính hấp thu

dầu, dung môi hữu cơ của vật liệu hấp thu dầu .................................................. 58
2.2.4. Ứng dụng thử nghiệm vật liệu hấp thu dầu để xử lý dầu tràn .................. 60
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................ 61
3.1. Nghiên cứu trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi xenlulozơ .............. 61
v


3.1.1. Nghiên cứu trùng hợp ghép BA lên sợi tre ............................................... 62
3.1.2. Nghiên cứu trùng hợp ghép LMA lên sợi tre ............................................ 69
3.1.3. Nghiên cứu trùng hợp ghép BA lên sợi bông ........................................... 76
3.1.4. Nghiên cứu trùng hợp ghép LMA lên sợi bông ........................................ 82
3.1.5. Trùng hợp ghép BA và LMA lên sợi rơm................................................. 89
3.1.6. Trùng hợp ghép BA và LMA lên mùn cưa ............................................... 93
3.2. Tổng hợp vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở phản ứng trùng hợp ghép có mặt
chất tạo lưới ......................................................................................................... 98
3.2.1. Tổng hợp vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở trùng hợp ghép BA lên sợi tre có
mặt chất tạo lưới .................................................................................................. 99
3.2.2. Tổng hợp vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở trùng hợp ghép LMA lên sợi tre
có mặt chất tạo lưới ........................................................................................... 100
3.2.3. Hình thái học bề mặt của sản phẩm

........................................................ 101

3.3. Nghiên cứu tính chất hấp phụ dầu của copolyme ghép xenlulozơ vật liệu
hấp thu dầu ........................................................................................................ 102
3.3.1. Nghiên cứu tính chất hấp phụ dầu của copolyme ghép xenlulozơ ......... 102
3.3.2. Nghiên cứu tính chất hấp thu dầu và dung môi hữu cơ của vật liệu hấp thu
dầu ..................................................................................................................... 104
3.4. Nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm vật liệu hấp thu dầu để thu gom xử lý dầu
tràn ..................................................................................................................... 109

3.4.1. Ứng dụng thử nghiệm vật liệu hấp thu dầu để xử lý dầu tràn trong môi
trường nước ....................................................................................................... 109
3.4.2. Ứng dụng thử nghiệm vật liệu hấp thu dầu để xử lý dầu trong môi trường
nước biển ........................................................................................................... 111
KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 115
NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN...................................... 117
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ................................ 118
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...................................................................................... 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 119
vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc của lignin ................................................................................ 4
Hình 1.2. Cấu tạo phân tử pectin ........................................................................... 4
Hình 1.3. Cấu trúc phân tử xenlulozơ ................................................................... 5
Hình 1.4. Liên kết hydro trong và ngoài mạch xenlulozơ .................................... 6
Hình 1.5. Liên kết giữa các lớp xenlulozơ ............................................................ 7
Hình 1.6. Cơ chế phân tán và tách pha dầu khỏi nước nhờ các chất phân tán ... 41
Hình 1.7. Đồ thị theo điều tra khảo sát việc khắc phục sự cố tràn dầu bằng các
chất phân tán ở các quốc gia Châu Âu ................................................................ 41
Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi thực
vật.....................................................................................................................54
Hình 2.2. Sơ đồ phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi thực vật
trong sự có mặt chất tạo lưới…………………………………………………...57
Hình 3.1. Quá trình phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi thực
vật………………………………………………………………………………61
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trùng hợp ghép ..................... 62
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trùng hợp ghép ...................... 63
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ AIBN đến quá trình trùng hợp ghép BA lên

sợi tre ................................................................................................................... 64
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ monome đến quá trình trùng hợp ghép BA
lên sợi tre ............................................................................................................. 65
Hình 3.6. Giản đồ TGA của sợi tre ..................................................................... 67
Hình 3.7. Giản đồ TGA của sợi tre - BA ............................................................ 67
Hình 3.8. Ảnh SEM của sợi tre (a) và sợi tre-BA (b) ......................................... 68
Hình 3.9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của sợi tre (a) và sợi tre ghép BA (b) ............ 68
Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trùng hợp ghép ................... 69
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình đồng trùng hợp ghép LMA lên
sợi tre ................................................................................................................... 70
vii


Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ AIBN đến quá trình trùng hợp ghép LMA
lên sợi tre ............................................................................................................. 71
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ monome đến quá trình trùng hợp ghép LMA
lên sợi tre ............................................................................................................. 72
Hình 3.14. Giản đồ TGA của sợi tre ................................................................... 74
Hình 3.15. Giản đồ TGA của sợi tre - LMA ....................................................... 74
Hình 3.16. Ảnh SEM của sợi tre (a) và sợi tre- LMA (b) ................................... 75
Hình 3.17. Giản đồ nhiễu xạ tia X của sợi tre (a) và sợi tre -LMA (b) .............. 75
Hình 3.18. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình trùng hợp ghép BA
lên sợi bông ......................................................................................................... 76
Hình 3.19. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình trùng hợp ghép BA
lên sợi bông ......................................................................................................... 77
Hình 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ monome đến quá trình trùng hợp ghép BA
lên sợi bông ......................................................................................................... 78
Hình 3.21. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào đến quá trình trùng hợp ghép
BA lên sợi bông ................................................................................................... 79
Hình 3.22. Giản đồ TGA của sợi bông ............................................................... 80

Hình 3.23. Giản đồ TGA của sợi bông - BA ...................................................... 80
Hình 3.24. Ảnh SEM của sợi bông (a) và sợi bông – BA (b) ............................. 81
Hình 3.25. Giản đồ nhiễu xạ tia X của sợi bông (a) và sợi bông-BA (b) ........... 82
Hình 3.26. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình trùng hợp ghép
LMA lên sợi bông ............................................................................................... 83
Hình 3.27. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình trùng hợp ghép
LMA lên sợi bông ............................................................................................... 83
Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ monome đến quá trình trùng hợp ghép LMA
lên sợi bông ......................................................................................................... 84
Hình 3.29. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào đến quá trình trùng hợp ghép
LMA lên sợi bông ............................................................................................... 85
Hình 3.30. Giản đồ TGA của sợi bông ............................................................... 87
Hình 3.31. Giản đồ TGA của sợi bông-LMA ..................................................... 87
viii


Hình 3.32. Ảnh SEM của sợi bông (a) và sợi bông – LMA (b) ......................... 88
Hình 3.33. Giản đồ nhiễu xạ tia X của sợi bông (a) và sợi bông-LMA (b) ........ 88
Hình 3.34. Giản đồ TGA của sợi rơm ................................................................. 91
Hình 3.35. Giản đồ TGA của sợi rơm - BA ........................................................ 91
Hình 3.36. Giản đồ TGA của sợi rơm - LMA..................................................... 91
Hình 3.37. Ảnh SEM của sợi rơm và các copolyme ghép .................................. 92
Hình 3.38. Giản đồ tia X của sợi rơm và copolyme ghép ................................... 93
Hình 3.39. Giản đồ TGA của mùn cưa ............................................................... 95
Hình 3.40. Giản đồ TGA của mùn cưa - BA ...................................................... 95
Hình 3.41. Giản đồ TGA của mùn cưa -LMA .................................................... 96
Hình 3.42. Ảnh SEM của mùn cưa và các copolyme ghép ............................... 96
Hình 3.43. Giản đồ tia X của mùn cưa và các copolyme ghép ........................... 97
Hình 3.44. Sơ đồ phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi thực vật
trong sự có mặt chất tạo lưới…………………………………………………...99

Hình 3.45: Ảnh SEM của copolyme ghép BA, LMA lên sợi tre ...................... 101
Hình 3.46: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ dầu .................. 103
Hình 3.47: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ dầu .................. 103
Hình 3.48. Độ trương (Q) của LMA-BF-DVB trong dung môi hữu cơ ở các
nhiệt độ khác nhau............................................................................................. 106
Hình 3.49. Độ trương (Q) của BA-BF-BVB trong dung môi hữu cơ ở các nhiệt
độ khác nhau...................................................................................................... 107
Hình 3.50. Hình ảnh quá trình làm sạch dầu thương phẩm khỏi nước: ............ 107
Hình 3.51. Hình ảnh quá trình làm sạch dầu thô từ mặt nước: ........................ 108
Hình 3.52. Khả năng tái sử dụng của vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở sợi tre biến
tính sau 6 chu kỳ hấp thu/giải hấp..................................................................... 108

ix


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Một số loại sợi thực vật được quan tâm trong thương mại .................. 3
Bảng 1.2. Thành phần của một số loại sợi thực vật ............................................ 4
Bảng 1.3. Tính chất cơ lý của một số sợi thực vật ............................................... 8
Bảng 1.9. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào tới quá trình ......................... 29
Bảng 1.10. Ảnh hưởng của một số muối vô cơ tới quá trình .............................. 30
Bảng 1.11. Ảnh hưởng của dung môi tới một số quá trình ................................. 33
Bảng 3.1. Kết quả FTIR của sợi tre và copolyme ghép BA-sợi tre .................... 66
Bảng 3.2. Kết quả FTIR của sợi tre và copolyme ghép LMA-sợi tre.................73
Bảng 3.3. Kết quả FTIR của sợi bông và copolyme ghép BA-sợi bông ............ 79
Bảng 3.4. Kết quả FTIR sợi bồng và copolyme ghép LMA-sợi bông ................ 86
Bảng 3.5. Kết quả trùng hợp BA và LMA lên sợi rơm....................................... 89
Bảng 3.6. Kết quả FTIR của sợi rơm, sợi rơm-BA và sợi rơm-LMA………….90
Bảng 3.7. Kết quả trùng hợp ghép BA và LMA lên mùn cưa ............................ 94

Bảng 3.8. Kết quả FTIR của mùn cưa, mùn cưa-BA và mùn cưa-LMA ............ 94
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của chất tạo lưới tới hàm lượng phần gel và ................. 100
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của chất tạo lưới tới hàm lượng phần gel và ............... 101
Bảng 3.11. Độ hấp thu dầu thô của vật liệu xenlulozơ biến tính trong các điều
kiện thực nghiệm khác nhau.............................................................................. 104
Bảng 3.12. Độ hấp thu dầu thương phẩm của vật liệu xenlulozơ biến tính trong
các điều kiện thực nghiệm khác nhau ............................................................... 105
Bảng 3.13. Chất lượng nước biển nhiễm dầu trước khi xử lý........................... 110
Bảng 3.14. Đặc trưng của nước sau 30 phút xử lý ............................................ 110
Bảng 3.15. Chất lượng nước biển nhiễm dầu trước khi xử lý........................... 112
Bảng 3.16. Đặc trưng của nước biển sau 30 phút xử lý .................................... 112

x


BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
AA
AASO3H
AIBN
ATRP
BA
BF
BPO
CA
CAN
CTAB
DAC
DMA
DMF
DMSO

DSC
DVB
FAS
IR
KPS
KPS
LMA
MA
MAA
MBA
MMA
NBS
PAN
PMDETA
SEM
TGA
THF
TUD
XRD
TDS

: Axit acrylic
: 2-acrylamido-2-metylpropansunfonic axit
: 2,2'-azobis(isobutyronitrile)
: Phương pháp trùng hợp gốc chuyển nguyên tử
: Butyl acrylat
: Sợi tre
: Benzoxyl peoxit
: Xenlulozơ axetat
: Ceriamoni nitrat

: Hexadecyltrimetylamoni bromua
: 2,3- diandehit xenlulozơ
: N,N'- dimetyl axetamit
: N,N- dimethyl formamide
: Dimetyl sunfoxit
: Nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry)
: N,N'- metylenbisacrylamit
: Sắt amoni sunphat
: Phổ hồng ngoại
: Kali persunfat
: Kalipesunphat
: Lauryl metacrylat
: Metyl acrylat
: Axit metacrylic
: N,N'- metylenbisacrylamit
: Metyl metacrylat
: N- brom succinimit
: Polyacrylonitrin
: Pentamethyl-diethylentriamin
: Hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy)
: Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermal Gravimetric
Analysis)
: Tetrahydrofuran
: Thiuredioxit
: Nhiễu xạ tia X
: Tổng chất rắn hoà tan (Total Dissolved Solids)

xi

MỞ ĐẦU
Xenlulozơ - thành phần chủ yếu của các loại sợi thực vật - là một trong
những polyme tự nhiên phong phú nhất có vai trò quan trọng trong sự phát triển
các lĩnh vực công nghiệp nhờ các tính chất đa dạng cùng với khả năng phân huỷ
sinh học và có thể tái sinh của chúng. Tuy nhiên chúng cũng có một số nhược
điểm như: tính chất cơ lý thấp, khả năng chống chịu vi sinh vật kém và đặc biệt
là khả năng hấp thu dầu và dung môi hữu cơ thấp. Chính vì vậy đã có nhiều
phương pháp được tập trung nghiên cứu nhằm biến đổi cấu trúc vật lý và hoá
học xenlulozơ, tăng cường các tính chất mong muốn như tạo mạng liên kết các
phân tử xenlulozơ với ete hoặc este, phân huỷ mạch xenlulozơ và đặc biệt là tạo
nhánh trên phân tử xenlulozơ nhờ quá trình trùng hợp ghép. Điều này cho phép
phát triển các sản phẩm mới trên cơ sở xenlulozơ với các tính chất ưu việt hơn
so với xenlulozơ thông thường.
Ô nhiễm dầu trên biển nói riêng (sự cố tràn dầu) cũng như ô nhiễm dầu
nói chung là một mối đe doạ đến môi trường biển, hệ sinh thái ven biển và cũng
là mối quan tâm không chỉ của ngành dầu khí mà của cả nhân loại. Song song
với các công tác phòng tránh tai nạn tràn dầu, chống rò rỉ giàn khoan, cần có các
biện pháp xử lý dầu tràn trên mặt nước. Các nhà khoa học đã và đang cố gắng để
tìm ra các loại vật liệu làm sạch nguồn nước bị ô nhiễm dầu. Một trong những
xu hướng hiện nay là sử dụng các chất hấp thu dầu có nguồn gốc tự nhiên vì
chúng có ưu điểm sẵn có, giá rẻ và thân thiện môi trường. Tuy nhiên, vật liệu từ
nguồn gốc tự nhiên là có tính ưa nước vì vậy để sử dụng làm vật liệu hấp thu
dầu cần phải biến tính để chúng trở nên kị nước và ưa dầu.
Từ những thực tế trên NCS tiến hành nghiên cứu đề tài luận án: “Nghiên
cứu quá trình trùng hợp ghép một số vinyl monome lên xenlulozơ và thử
nghiệm ứng dụng hấp thu dầu” nhằm góp phần nâng cao giá trị sử dụng của
các loại sợi xenlulozơ, tạo tiền đề cho một giải pháp thân thiện môi trường trong
việc xử lý các sự cố tràn dầu trên bề mặt nước.
1

* Mục tiêu của luận án:
- Tìm ra các điều kiện tối ưu của quá trình trùng hợp ghép một số vinyl
monome lên xenlulozơ.
- Chế tạo được một số vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở trùng hợp ghép vinyl
monome lên xenlulozơ có mặt chất tạo lưới.
- Đánh giá được khả năng ứng dụng vật liệu hấp thu dầu để xử lý dầu tràn
trên mặt nước.
* Nội dung của luận án:
a) Nghiên cứu điều kiện tối ưu của quá trình trùng hợp ghép một số vinyl
monome (BA, LMA) lên sợi thực vật (sợi tre, sợi bông, sợi rơm và mùn cưa) và
các đặc trưng lý hóa của copolyme ghép.
b) Chế tạo vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở trùng hợp ghép vinyl monome
lên sợi tre có mặt chất tạo lưới.
c) Nghiên cứu tính chất hấp thu dầu của copolyme ghép xenlulozơ và tính
chất hấp thu dầu, dung môi của vật liệu hấp thu dầu.
d) Ứng dụng thử nghiệm vật liệu hấp thu dầu để xử lý dầu trên mặt nước.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về sợi thực vật và xenlulozơ
1.1.1. Thành phần hoá học của sợi thực vật
Sợi thực vật, như tên gọi của nó, thu được từ các loại cây. Thành phần hoá
học chính là xenlulozơ do đó chúng còn được gọi là sợi xenlulozơ. Sợi thực vật
được phân loại theo nguồn gốc của chúng trong cây, bao gồm [7, 50]:
- Sợi vỏ hay sợi thân: tạo thành các bó xơ bên trong vỏ của thân cây.
- Sợi lá hay sợi cứng: chạy dọc theo chiều dài lá của các cây một lá mầm.
- Sợi len trong quả: ví dụ như bông là sợi thực vật quan trọng nhất.

Có tới hơn 250.000 loài thực vật bậc cao, tuy nhiên chỉ có một số rất ít
loài (< 0,1%) được khai thác cho những ứng dụng thương mại.
Bảng 1.1. Một số loại sợi thực vật được quan tâm trong thương mại
Tên thương mại

Tên gọi theo thực vật học

Nơi trồng

Sợi vỏ (sợi mềm)
Lanh

Linum usitatissimum

Các vùng nhiệt đới

Gai dầu

Cannabis sativa

Tất cả các vùng nhiệt đới

Đay xanh

Corchorus capsularis

Ấn Độ

Đay cách

Hibiscus cannabinus

Ấn Độ, Iran, Bắc Mỹ

Gai

Boehmeria nivea

Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ

Sợi lá (sợi cứng)
Chuối sợi

Musa textilis

Borneo, Philippin, Sumatra

Dứa

Ananas comasus

Hawaii, Philippin, Indonesia,
Ấn Độ

Sợi len trong quả
Dừa

Cocos nucifera

nhiệt đới, Ấn Độ, Mexico

Bông

Gossypium sp.

Mỹ, châu Á, châu Phi

Bông gạo

Ceiba pentandra

nhiệt đới
3


Thành phần chính của sợi thực vật ngoài xenlulozơ (một polysaccarit) còn
có các hemixenlulozơ, các hợp chất phenol, pectin, các hợp chất chiết được,
ngoài ra còn có các tạp chất vô cơ như tro,....

Hình 1.1: Cấu trúc của lignin

Hình 1.2. Cấu tạo phân tử pectin
Thành phần hoá học chủ yếu của một số loại sợi thực vật theo phần trăm
khối lượng khô tuyệt đối được trình bày ở bảng 1.2
Bảng 1.2. Thành phần của một số loại sợi thực vật [3, 7]
Loại sợi

Lignin (%)

Xenlulozơ (%)

Đay

13

72

13

<1

Dừa

4043

3243

0,150,25

4

Cọ

19

65

-

-

Lanh

3

81

14

2

Dứa

12,7

81,5

-

-

5

6364

19

-

Tre nứa

2130

5066

1522

-

Bã mía

1823

4050

2025

-

Chuối

4

Hemixenlulozơ (%) Pectin (%)


Bông
Rơm rạ

-

95

-

-

12

3438

-

-

1.1.2. Cấu tạo phân tử xenlulozơ và tính chất cơ lý của sợi thực vật
1.1.2.1. Cấu tạo phân tử xenlulozơ [7, 50]
Xenlulozơ là hợp chất cao phân tử, đơn vị mắt xích là anhydro--Dglucopyranozơ (gọi ngắn gọn là D-glucozơ). Điều này đã được xác nhận nhờ
thuỷ phân xenlulozơ, thu được D-glucozơ với hàm lượng 9698% so với lý
thuyết.
Các đơn vị mắt xích của xenlulozơ chứa ba nhóm hydroxyl tự do (không
ở dạng liên kết), một nhóm hydroxyl bậc một, hai nhóm hydroxyl bậc hai (hình
1.3). Các nhóm hydroxyl ở mỗi đơn vị mắt xích liên kết với nguyên tử cacbon ở
vị trí 2, 3 và 6. Các đơn vị -D-glucozơ trong xenlulozơ có dạng vòng 6 cạnh
(pyranozơ), không phải dạng vòng 5 cạnh (furanozơ), vì xenlulozơ tương đối
bền trong môi trường axit, trong khi đó furanozit dễ dàng bị thuỷ phân trong
điều kiện trên. Như vậy liên kết giữa các đơn vị mắt xích là 1-4-glycozit (ứng
với vòng pyranozơ).

Hình 1.3. Cấu trúc phân tử xenlulozơ

Về mặt cấu trúc, từ đầu thế kỷ 20, phương pháp nhiễu xạ tia X đã được sử
dụng để nghiên cứu cấu trúc của xenlulozơ. Người ta nhận thấy giản đồ nhiễu xạ
tia X của xenlulozơ có những nét đặc trưng cho vật liệu tinh thể, trong đó tinh
thể định hướng theo trục của xơ sợi. Trong mạng tinh thể, các đoạn mạch đều
xếp theo một hướng song song với nhau. Đoạn mạch xenlulozơ có hai liên kết
hydro nội phân tử. Một là do nguyên tử H của nhóm hydroxyl ở vị trí C 2 của
5


một mắt xích tác dụng với O thuộc nhóm hydroxyl ở C6 của mắt xích liền kề.
Một liên kết hydro khác tạo thành do nguyên tử H của nhóm hydroxyl ở vị trí C 3
của một đơn vị mắt xích tác dụng với O nằm trong vòng của mắt xích liền kề.
Hai đoạn mạch nằm trong một mặt phẳng của mạng tinh thể tương tác với nhau,
hình thành một lớp. Trong lớp này có liên kết hydro của nhóm hydroxyl ở vị trí
C6 của đơn vị D- glucopyranozơ trong một đoạn mạch và oxy của nhóm
hydroxyl ở vị trí C3 trong mạch khác (hình 1.4). Các tác giả cũng nhận định rằng
trong xenlulozơ tự nhiên cũng có liên kết hydro giữa các lớp với nhau (hình 1.5)
[1]. Giữa chúng còn tồn tại cả tương tác Van der Waals. Như vậy xenlulozơ tự
nhiên vừa có mạng tinh thể vừa có mạng của lớp [7].

Hình 1.4. Liên kết hydro trong và ngoài mạch xenlulozơ
Sợi xenlulozơ thường có cấu trúc tinh thể (cấu trúc trật tự cao) và có
nhiều tính chất giống các vật liệu đa tinh thể khác. Các phân tử xenlulozơ có
cấu trúc trật tự cao do độ cứng của vòng anhydroglucozơ và lực hấp dẫn mạnh
liên hợp với liên kết hydro của các nhóm hydroxyl.

6


Hình 1.5. Liên kết giữa các lớp xenlulozơ

Về mặt hình thái học, sợi xenlulozơ tự nhiên bao gồm một lớp màng
mỏng bên ngoài (thành sơ cấp) và một lớp thành thứ cấp dày hơn. Đa số các
xenlulozơ tinh thể đều tồn tại trong thành thứ cấp, khi quan sát dưới kính hiển vi
điện tử, rõ ràng là chúng được tạo nên từ các hạt dạng sợi gọi là xơ. Các xơ này
nằm sát nhau và có đường kính trong khoảng 10 micron. Nói chung, chúng
không được sắp xếp song song một cách hoàn hảo với trục của sợi mà nghiêng
một góc, góc này có thể thay đổi trong các loại sợi khác nhau và thậm chí trong
các lớp khác nhau của cùng một loại sợi. Một số tác giả cho rằng, liên kết hydro
nội phân tử làm cho mạch xenlulozơ bị vặn xoắn nên kích thước thậm chí cũng
bị thay đổi. Thông thường, hướng của vòng xoắn trong các lớp khác nhau có cấu
trúc giống nhau thì khác nhau. Trong sợi bông, xơ có thể thay đổi hướng vòng
xoắn của chúng tại các khoảng đều đặn dọc theo chiều dài của sợi.
Mặt khác xơ lại được tạo nên từ các vi sợi có đường kính khoảng 100150A0 với chiều dài không xác định. Các vi sợi này sau đó lại có thể được tạo
thành từ các đám đơn vị mịn hơn được gọi là chuỗi mixen.
Nhìn chung trong xenlulozơ tự nhiên, cấu trúc cơ bản của xenlulozơ có chiều dài
khoảng 100250nm, với tiết diện ngang 310nm, các mạch xenlulozơ có thể trải
qua nhiều vùng tinh thể (vùng trật tự cao) với vùng vô định hình và tồn tại ở
7


dạng nếp gấp trong phạm vi một tinh thể. Các tinh thể và vô định hình tập trung
thành tổ chức lớn hơn gọi là vi sợi (microfibril). Các vi sợi lại hợp thành tổ chức
lớn hơn gọi là xơ (fibril).
1.1.2.2. Tính chất cơ lý của sợi thực vật
Tính chất cơ lý của sợi thực vật phụ thuộc vào thành phần hoá học của sợi
và thay đổi tuỳ theo điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và tuổi của cây. Tính chất cơ
lý của một số sợi thực vật được trình bày ở bảng 1.3.
Bảng 1.3. Tính chất cơ lý của một số sợi thực vật [7, 27]
Loại sợi

Tỷ trọng

Độ giãn dài

Độ bền kéo

ModunYoung

(%)

(MPa)

(GPa)

Dừa

1,2

30

175

4-6

Đay

1,3

1,5-1,8

393-773

5,5-12,6

Bông

1,5-1,6

7-8

287-597

5,5-12,6

Lanh

1,5

2,7-3,2

345-1035

27,6

Nói chung sợi vỏ và sợi lá có độ bền kéo đứt và modun đàn hồi cao hơn
nhưng độ dãn dài thấp hơn so với bông. Sợi thực vật chắc hơn nhưng không bền
bằng sợi tổng hợp. Bông gạo và dừa có độ bền tương đối thấp. Các tính chất này
có thể chịu ảnh hưởng của đặc trưng hình thái học trong sợi.
Các loại sợi vỏ có tỷ trọng gần 1,5g/cm3 và có độ dãn dài cũng như khả
năng phục hồi biến dạng tương đối thấp. Các vi sợi trong sợi thực vật xoắn lại và

song song với nhau trong thành tế bào. Góc xoắn trong trong sợi lanh, gai dầu,
gai và các loại sợi vỏ khác đều nhỏ hơn so với bông, chính điều này làm cho độ
dãn của sợi vỏ thấp.
Khi xử lý bông với các axit, có thể quan sát thấy mối liên hệ giữa độ bền
kéo đứt và mức độ trùng hợp (DP) của xenlulozơ. Độ bền kéo đứt tăng khi tăng
DP từ 200 đến khoảng 700, và chỉ tăng nhẹ khi DP tiếp tục tăng từ 700 đến
1000. Vượt qua giá trị này, độ bền hầu như không bị ảnh hưởng bởi DP. Điều
này có thể là do chiều dài của các phân tử lớn sẽ lớn hơn rất nhiều so với chiều
dài của vùng tinh thể. Tuy nhiên ảnh hưởng của những thay đổi trong mức độ
8


kết tinh tới các tính chất độ bền chỉ được nghiên cứu hạn chế ở dạng sợi. Trong
nhiều trường hợp, những ảnh hưởng này rất phức tạp do sự thay đổi các tính
chất khác như định hướng tinh thể và cấu trúc hình thái học. Ngay cả quá trình
chuội bóng giảm bớt tính kết tinh cũng làm giảm độ dai của sợi và làm tăng biến
dạng nếu quá trình được thực hiện với sợi trong điều kiện nới lỏng.
1.1.2.3. Khả năng tiếp cận và khả năng phản ứng của xenlulozơ
Xenlulozơ là polyme vừa phân cực mạnh vừa kết tinh cao, chỉ hoà tan
trong một số ít dung môi. Về phương diện nhiệt động học quá trình hoà tan chỉ
xảy ra khi năng lượng tự do G của quá trình âm: G = H - TS < 0.
Do tương tác hydro mạnh, kết tinh cao, giá trị H dương và lớn. Mạch
xenlulozơ cứng nhắc không uyển chuyển như các loại polyme khác nên entropy
ít thay đổi, nghĩa là S nhỏ. Như vậy về phương diện nhiệt động, xenlulozơ khó
hoà tan. Những dung môi đặc biệt có thể làm trương mạnh xenlulozơ và dẫn đến
hoà tan. Sự trương xảy ra khi chất gây trương lọt vào khoảng trống giữa các tinh
thể hoặc lọt vào vùng vô định hình của cấu trúc xenlulozơ, ở đó các phân tử liên
kết với nhau lỏng lẻo. Nếu đặt xơ xenlulozơ vào nước, đường kính xơ sẽ tăng
thêm khoảng 25% [7]. Tuy nhiên tương tác giữa nước và xenlulozơ không đủ
mạnh nên nước không xâm nhập vào vùng tinh thể của xenlulozơ. Sự trương

trong tinh thể xảy ra khi có mặt chất gây trương có ái lực mạnh hơn tương tác
giữa các phân tử xenlulozơ gây ra hiện tượng phá vỡ liên kết giữa các phân tử
xenlulozơ. Trong kỹ thuật thường sử dụng dung dịch NaOH đậm đặc, dung dịch
đồng ammoniac...gây trương.
Do cấu trúc của phân tử xenlulozơ rất chặt chẽ, vừa tồn tại ở vùng tinh
thể, vừa tồn tại ở vùng vô định hình, để phản ứng xảy ra, hoá chất cần xâm nhập
vào các hình thái cấu trúc này, đặc biệt là vùng tinh thể. Vùng vô định hình vốn
có nhiều khoảng trống để tác nhân phản ứng lọt vào, do đó phản ứng hoá học
thường xảy ra ở vùng này. ở vùng tinh thể để tăng cường khả năng tiếp cận và
khả năng phản ứng, liên kết hydro giữa các mạch ở vùng này cần được phá vỡ
9


để tạo điều kiện cho các nhóm hydroxyl sẵn sàng tham gia phản ứng đồng thời
các mạch phân tử rời xa nhau, để lại khoảng trống dành cho tác nhân phản ứng.
Để đạt được mục tiêu trên, xơ xenlulozơ cần được gây trương bằng pha hơi hoặc
pha lỏng. Quá trình trương của xenlulozơ cũng là một ảnh hưởng có lợi để hạn
chế phản ứng ngắt mạch của mạch ghép, sự hình thành polyme đồng loại cũng
bị làm chậm. Một số tác nhân gây trương thường được sử dụng là H 2SO4,
NaOH, ZnCl2, etylamin, ...[61].
Xử lý kiềm là một trong những phương pháp gây trương khá hiệu quả và
rẻ tiền thường được áp dụng. Kiềm không chỉ có tác dụng gây trương mà còn
hoà tan và loại bỏ hemixenlulozơ cũng như lignin. Quá trình hoà tan các thành
phần này tạo ra lỗ trống trong cấu trúc sợi và gây trương. Khi xử lý sợi đay bằng
dung dịch NaOH 5%, Dipa Ray và cộng sự [76] nhận thấy rằng sự thay đổi diễn
ra mạnh mẽ nhất trong khoảng 2-4 giờ xử lý và khối lượng hemixenluloxơ bị
hoà tan chủ yếu cũng trong khoảng thời gian này. Theo các tác giả thì sợi đay là
một vật liệu đa thành, mỗi tế bào đơn vị của sợi bao gồm các hạt xenlulozơ nhỏ
được bao quanh và gắn kết với nhau bởi lignin và hemixenlulozơ. Mặc dù chiều
dài của từng tế bào rất nhỏ nhưng chúng được gắn với nhau theo chiều dọc nên

tạo ra sợi dài và liên tục. Các sợi này không tách biệt hoàn toàn với các đơn vị
liền kề mà giữa chúng tồn tại nhưng gắn kết lỏng lẻo làm tăng cấu trúc dạng
lưới. Xử lý kiềm có xu hướng phản ứng với hemixenlulozơ gắn kết, đặc biệt dẫn
tới phá huỷ cấu trúc mạng lưới và tách sợi thành các xơ mịn hơn. Quá trình tách
sợi gắn kết làm giảm đường kính sợi. Hiện tượng xơ hoá sợi, tức là bó sợi bị
tách thành các sợi nhỏ, thường làm tăng diện tích bề mặt sẵn có để thấm ướt hoá
chất. Khi xử lý kiềm, số nhóm hydroxyl tự do trên bề mặt của sợi đay tăng, làm
tăng số tâm hoạt động trên bề mặt sợi. Với nỗ lực chiết các thành phần axit của
sợi đay bằng dung dịch NaOH loãng lạnh, các tác giả cũng thấy rằng giá trị axit
của sợi xử lý kiềm tăng gấp đôi. Thuỷ phân các liên kết nhạy kiềm cũng làm
tăng số nhóm hydroxyl tự do và khả năng tiếp cận của nhóm hydroxyl trên bề
mặt sợi, từ đó tăng khả năng phản ứng hoá học [71].
10


Một số tác giả [9, 41, 51] lại nghiên cứu khả năng hoà tan xenlulozơ mà
không làm biến đổi hoá học hay dẫn xuất hoá sợi ban đầu. Đó chính là phương
pháp hoà tan xenlulozơ vi tinh thể. Trong phương pháp này xenlulozơ vi tinh thể
có mức độ trùng hợp thấp được gây trương trong dung dịch NaOH 8-9% sau đó
hoà tan qua một chu kỳ lạnh đông - tan giá mà không làm biến đổi hoá học. Các
điều kiện tối ưu của quá trình hoà tan cũng như ảnh hưởng của trọng lượng phân
tử, dạng tinh thể và mức độ kết tinh của các mẫu xenlulozơ khác nhau tới quá
trình hoà tan cũng được nghiên cứu. Kết quả chỉ ra rằng thường tồn tại một
khoảng nồng độ dung dịch NaOH tối ưu, tại đó xenlulozơ vi tinh thể có độ tan
tốt nhất. Tăng hay giảm nồng độ NaOH đều làm cho độ tan lệch khỏi giá trị tối
ưu. Việc giảm nồng độ NaOH thường dẫn tới không đủ số ion Na+ có chức năng
mang các phân tử nước tới xenlulozơ vi tinh thể để bẻ gãy liên kết hydro giữa
các mạch xenlulozơ giúp xenlulozơ có thể trương lên. Việc gây trương kém
cũng làm cho quá trình hoà tan bị hạn chế. Tuy nhiên, nếu nồng độ Na+ quá cao,
quá trình hydrat hoá các ion kim loại kiềm ở mức độ thấp đến mức khả năng bẻ

gãy liên kết hydro của các ion bị suy giảm dẫn đến xenlulozơ trương kém hơn.
Tồn tại một khoảng nồng độ NaOH tối ưu là do sự cân bằng giữa tổng số ion
Na+ và giới hạn hydrat hoá của ion kim loại kiềm.
Do các phản ứng của xenlulozơ thường được tiến hành trong môi trường
nước và dị thể và do quá trình gây trương giữa các tinh thể trong xenlulozơ bởi
nước diễn ra chủ yếu trong vùng vô định hình dễ tiếp cận nên quá trình khuếch
tán của hoá chất có thể bị hạn chế tại các vùng này. Hiệu suất phản ứng có thể
được cải thiện nếu tiến hành gây trương xenlulozơ trước khi phản ứng hoặc tiến
hành phản ứng trong môi trường làm trương xenlulozơ. Gupta và cộng sự [37]
đã phá kết tinh copolyme ghép của axit acrylic lên sợi tơ bằng dung dịch ZnCl 2
71%. Các tác giả quan sát thấy rằng nếu chỉ sử dụng dung dịch ZnCl 2 thì không
đủ để cải thiện khả năng hấp thụ của copolyme ghép mà quá trình phá kết tinh
phải được tiến hành trong cả dung dịch ZnCl2 và NaOH.

11


Khi tiến hành trùng hợp ghép axit acrylic lên xenlulozơ, Gurdag và cộng
sự [39] lại thu được những kết quả trái ngược. Việc xử lý trước xenlulozơ bằng
dung dịch NaOH không những không làm tăng mà còn làm giảm hiệu suất ghép.
So với quá trình tiền xử lý bằng nước cất và axit nitric, phương pháp tiền xử lý
bằng cách gia nhiệt trong axit nitric thu được hiệu suất ghép cao hơn.
Một phương pháp khác làm tăng khả năng phản ứng của xenlulozơ là oxy
hoá một phần trong điều kiện kiểm soát để thu được 2,3- diandehit xenlulozơ
(DAC). Trong phản ứng này, các nhóm ancol bậc 2 (-CHOH) ở vị trí C2 và C3
của đơn vị anhydro -glucozơ trong mạch xenlulozơ bị oxy hoá một cách dễ
dàng và chọn lọc thành các nhóm andehit dưới các điều kiện nhất định. Quá
trình này làm thay đổi cấu trúc và tính kết tinh trong phân tử xenlulozơ.
Xenlulozơ trở nên dễ phản ứng hơn và các tính chất lý hoá được cải thiện [18,
31, 32].

1.2. Phản ứng trùng hợp ghép lên xenlulozơ
1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình trùng hợp ghép
Quá trình đồng trùng hợp là quá trình trùng hợp hai hay nhiều monome
mà sản phẩm polyme sinh ra có các mắt xích monome sắp xếp ngẫu nhiên
(copolyme ngẫu nhiên), sắp xếp luân phiên đều đặn, hoặc các mắt xích monome
khác nhau tạo thành các đoạn mạch khác nhau trên polyme (copolyme khối),
hoặc polyme có mạch nhánh tạo ra từ monome khác loại với mạch chính
(copolyme ghép). Khi trùng hợp một loại monome để tạo mạch nhánh đính vào
một loại polyme đã có sẵn, quá trình được gọi là đồng trùng hợp ghép, sản phẩm
phản ứng được gọi là copolyme ghép. Các phương pháp điều chế copolyme
nhánh có thể dựa trên các phản ứng chuyển mạch qua polyme, dựa trên phản
ứng khơi mào trùng hợp một loại monome nào đó bằng gốc đại phân tử của
monome khác, hoặc dựa trên phản ứng của các nhóm định chức trong thành
phần của các polyme khác [12-14, 58, 69]
Khi tổng hợp polyme nhánh (copolyme ghép) thường xảy ra ít nhất hai
quá trình:
12


- Quá trình 1 là sự trùng hợp monome tạo thành copolyme nhánh
- Quá trình 2 là sự tự trùng hợp của monome tạo thành homopolyme
(polyme đồng loại).
Sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp hai loại polyme, việc tách chúng gặp
nhiều khó khăn, trước hết là mất một lượng dung môi lớn.
Bên cạnh các polyme tổng hợp, quá trình ghép cũng được thực hiện đối
với các polyme tự nhiên trong đó có xenlulozơ. Sau khi trùng hợp hay đồng
trùng hợp ghép, xenlulozơ cũng như các dẫn xuất ete hay este xenlulozơ chuyển
từ dạng mạch thẳng sang mạch phân nhánh, kèm theo đó là một loạt các tính
năng mới xuất hiện phụ thuộc vào loại monome sử dụng để tạo nhánh ghép, tuỳ
thuộc vào độ dài và mức độ ghép, tức là tỷ lệ về lượng giữa phần nhánh ghép so

với xenlulozơ ban đầu.
Quá trình ghép có thể thực hiện trên các dạng nguyên liệu xenlulozơ ban
đầu khác nhau như bông, sợi nhân tạo, bột giấy, giấy, vải, màng, gỗ và các dẫn
xuất của xenlulozơ. Quá trình ghép có thể tiến hành trong điều kiện đồng thể
hay dị thể. Tuy nhiên phần lớn các phản ứng ghép của xenlulozơ được thực hiện
trong điều kiện dị thể nên tính chất vật lý của nguyên liệu xenlulozơ có ảnh
hưởng nhất định đến phản ứng trùng hợp ghép.
Về cơ bản, có hai cách tổng hợp copolyme ghép
- Phương pháp dùng phản ứng tạo liên kết ngang 2 mạch polyme có kiểu
khác nhau:

polyme A + Polyme B

a

a

b

b

a

hay

a

(1)
b

- Phương pháp dùng kiểu khơi mào các trung tâm hoạt động trên bộ
khung polyme (A) khi các monome (M) được ghép lên

polyme a
a

a

kh¬i mµo

m

(2)

polyme a*
a

a

(3)

( polyme a*)

m
13


trong đó A* là một polyme có trung tâm hoạt động.
Phương pháp thứ hai thu hút được sự chú ý nhiều nhất và quá trình khơi
mào ở đây được tiến hành theo cách sử dụng hoá chất và kỹ thuật chiếu xạ phù

hợp. Phản ứng có thể theo cơ chế trùng hợp gốc hay trùng hợp ion trong đó
phương pháp được nghiên cứu và áp dụng vào thực tiễn nhiều hơn cả là trùng
hợp gốc.
Trùng hợp ghép gốc tự do được thực hiện dựa trên cơ sở phản ứng chuyển
mạch lên polyme. Phản ứng chuyển mạch có thể là phản ứng chuyển mạch của
các gốc tự do lên monome, dung môi, polyme hay có thể lên các tạp chất. Nếu
các đoạn polyme tham gia phản ứng chuyển mạch với các đoạn khác thì sẽ tạo
thành copolyme ghép (graft copolyme). Quá trình chuyển mạch được thực hiện
bởi sự tương tác của gốc tự do lên các trung tâm hoạt động trên polyme (như
hydro hoạt động, halogen) và tạo ra gốc mới. Cơ chế của phản ứng như sau [20]:
* Khơi mào
Chất khơi mào kí hiệu là chữ I phân huỷ theo sơ đồ:
I  2 R

(4)

* Nếu gốc tự do có hoạt tính đủ lớn, chúng sẽ tác dụng tiếp với monome
khởi mào phản ứng trùng hợp:

 R-M
R + M 

(5)

* Phát triển mạch homopolyme:
R-M + M




R-M -M

(6)

R-M-M + M




R-(M)2-M

(7)

.................................................
R-(M)n-1-M + M




R-(M)n-M

(8)




R-(M)n-MH + Cell

(9)

* Chuyển mạch sang xenlulozơ:
R-(M)n-M + Cell-H

* Khởi đầu phản ứng trùng hợp ghép:
Cell + M

CellM




* Phát triển mạch:
14

(10)