TỔNG HỢP POLY HYDROXAMIC AXIT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRÙNG HỢP HUYỀN PHÙ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.01 MB, 35 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Công Nghệ Hoá
- - - - -o0o- - - - -
BÁO CÁO THỰC TẬP
ĐỀ TÀI:TỔNG HỢP POLY HYDROXAMIC AXIT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
TRÙNG HỢP HUYỀN PHÙ
Giáo viên hướng dẫn : TS.Trịnh Đức Công
TS.Lê Thị Hồng Nhung
Sinh viên thực hiện
: Lê Văn Phương
Hà Nội – 2015
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
LỜI CẢM ƠN
Báo cáo thực tập này được thực hiện tại phòng vật liệu polyme-Viện Hóa học
- Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam.
Em xin trân thành cảm ơn TS. Trịnh Đức Công và các anh chị phòng vật liệu
polyme đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá
trình thực hiện và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới cô Lê Thị Hồng Nhung cùng toàn thể các
thầy cô trong Khoa Công nghệ Hóa-Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã truyền
đạt cho em những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện để em có khả năng hoàn
thành khóa luận này.
Em xin cảm ơn đến những người thân, bạn bè, các anh chị trong Phòng Liệu
Polyme đã dạy bảo, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho em hoàn thành báo cáo
thực tập này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 2 năm 2015
Sinh Viên
Lê Văn Phương
2
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
MỞ ĐẦU
Để cho sinh viên ra trường có thể dể dàng thích nghi với môi trường làm
việc, tiếp cận được với trang thiết bị: máy móc, dụng cụ thí nghiệm thì việc đưa
sing viên năm cuối đi thực tập trước khi ra trường là một việc làm rất hữu ích của
các trường ĐH nói chung và trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội nói riêng.
Đối với em việc được thực tập tại Phòng Vật Liệu Polyme_Viện Hóa Học là
một môi trường tốt để em có thể vận dụng được những lý thuyết đã được học tại
trường vào thực tế, nâng cao thêm kỹ thuật thưc hành cho bản thân.
Được làm quen, tiếp cận tại viện Hóa học, phòng Vật liệu Polyme, em đã
chọn đề tài thực tập là: “nghiên cứu quá trình tổng hợp poly hidroxamic axit
bằng phương pháp trùng hợp huyền phù ”.
Hiện nay, có rất nhiều các phương pháp khác nhau để chế tạo nhựa
poly(hydroxamic
axit)
như:
đi
từ
polyacrylamit,
poly(acrylic
axit),
poly(metylacrylat)…hoặc đi từ acrylcacbohydroxamic với hydroxylamin trong điều
kiện thích hợp. Trong đó, có phương pháp đi từ polyacrylamit đang được nghiên
cứu và sử dụng nhiều.
Vì vậy trong bài thực tập này em tiến hành nghiên cứu quá trình tổng hợp
polyme PHA-PAM trên cơ sở biến tính PAM bằng hydroxylamin hydroclorit (HA).
3
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................2
MỞ ĐẦU...................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.............................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................7
Bảng 4.7: Các pic tương ứng với các nhóm chức đặc trưng của PAM, PHA,....7
Na- PHA……………………………………………………………… 50..............7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.................................................................8
Hình 4.3: Phổ hồng ngoại của PHA………………………….……………..
…….49.......................................................................................................................8
2.1. Cơ sở lý thuyết các phương pháp tiến hành phản ứng trùng hợp..................9
2.1.4. Trùng hợp huyền phù...................................................................................11
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp huyền phù..........................14
2.3.1. Giới thiệu về poly(hydroxamic axit)(PHA)..................................................15
2.3.2. Ứng dụng của poly(hydroxamic axit)..........................................................16
3.1.1 Hóa chất.........................................................................................................18
3.1.2. Dụng cụ, thiết bị............................................................................................19
3.2. Phương pháp tiến hành...................................................................................19
3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp poly acrylamit và
quá trình biến tính tổng hợp PHA.........................................................................20
3.4 Các phương pháp phân tích đánh giá.............................................................21
3.4.1. Xác định khả năng hấp thụ nước của hydrogel PAM.................................21
3.4.3. Xác định kích thước trung bình của hạt sản phẩm....................................22
4
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
3.4.4. Xác định hàm lượng phần gel......................................................................22
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN................................................................23
4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào và thời gian phản ứng...................24
4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới đến độ hấp thụ nước....................26
4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng monome acrylamit.............................................27
4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới đến hàm lượng nhóm chức.........27
4.6. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm chức............................................28
4.7. Phổ hồng ngoại của acrylamit (AM), polyacrylamit (PAM) và poly
hydroxamic axit (PHA)...........................................................................................29
..................................................................................................................................31
Hình 4.4: Phổ hồng ngoại của PAM- NaPHA......................................................31
Bảng 4.7: Các pic tương ứng với các nhóm chức đặc trưng của PAM, PHA,
Na- PHA..................................................................................................................31
4.8. Hình thái học của sản phẩm...........................................................................32
KẾT LUẬN.............................................................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................34
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AM:
Acrylamit
APS:
Amoni pesunfat
PAM:
Polyacrylamit
MBA:
N,N’- metylenebisacrylamit
SEM:
Hiển vi điện tử
5
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
KLPT:
Khối lượng phân tử trung bình
Khoa Công Nghệ Hóa
PHA-PAM: Poly(hydroxamic axit) được tổng hợp trên cơ sở poly acrylamit
IR:
Phổ hồng ngoại
6
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng đến quá trình trùng hợp
AM……………………………………………………………………..40
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào và thời gian phản ứng đến quá
trình trùng hợp AM…………………….………………………………42
Bảng 4.3: Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới tới hàm ượng phần gel và độ
hấp thụ nước của hydrogel polyacrylamit………………………..……43
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng acrylamit đến quá trình trùng hợp
PAM………………….………………………………...…..…………..44
Bảng 4.5: Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới đến hàm lượng nhóm chức
trong poly(hydroxamic axit)……………….……………….………….45
Bảng 4.6: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm chức trong PHA……………46
Bảng 4.7: Các pic tương ứng với các nhóm chức đặc trưng của PAM, PHA,
Na- PHA……………………………………………………………… 50
7
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1: Nhóm chức hyroxamic ở dạng tautome hóa giữa xeton và enol………30
Hình 2.2: Sơ đồ phản ứng tổng hợp PHA từ Polyacrylamit...................................31
Hình 2.3: Cơ chế phản ứng giữa PHA và ion KLĐH……………….………….. 32
Hình 4.1: Phổ hồng ngoại của acrylamit……………………….………………...47
Hình 4.2: Phổ hồng ngoại của hydrogel polyacrylamit (PAM)….……...…….….48
Hình 4.3: Phổ hồng ngoại của PHA………………………….……………..…….49
Hình 4.4: Phổ hồng ngoại của PAM- NaPHA……………….…..……………….50
Hình 4.5. Một số ảnh SEM của PAM………………………….………………….51
8
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
TỔNG QUAN
2.1. Cơ sở lý thuyết các phương pháp tiến hành phản ứng trùng hợp
2.1.1. Trùng hợp khối
Là quá trình trùng hợp tiến hành với các monome lỏng tinh khiết. Ngoài một
lượng nhỏ chất khơi mào (nếu khơi mào bằng hóa chất) trong khối polyme chỉ còn
một số monome chưa tham gia phản ứng. Do đó sản phẩm của quá trình trùng hợp
nhận được rất tinh khiết. Tuy nhiên trùng hợp khối có nhược điểm khi thực hiện
phản ứng ở lượng lớn và khi mức độ chuyển hóa cao thì độ nhớt của hỗn hợp phản
ứng rất lớn, gây khó khăn cho quá trình khuấy trộn, dẫn đến thoát nhiệt khi phản
ứng kém và dễ quá nhiệt cục bộ.
2.1.2. Trùng hợp dung dịch
Là quá trình trùng hợp tiến hành với các monome được pha loãng. Trùng hợp
dung dịch khắc phục được nhược điểm của trùng hợp khối là hiện tượng quá nhiệt
cục bộ. Độ nhớt của môi trường nhỏ nên sự khuấy trộn tốt hơn. Trùng hợp dung
dịch thường kèm theo công đoạn tách dung môi ra khỏi polyme sau quá trình trùng
hợp. Trùng hợp dung dịch thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để nghiên
cứu lý thuyết động học của trùng hợp. Độ trùng hợp trung bình tỷ lệ thuận với nồng
độ monome. Do vậy khi pha loãng monome sẽ làm giảm trọng lượng phân tử trung
bình của polyme thấp hơn so với trùng hợp khối, đồng thời vận tốc trung bình
giảm. Độ trùng hợp có thể giảm do phản ứng chuyển mạch lên dung môi.
Hong-Ru Lin [3] đã nghiên cứu động học của phản ứng trùng hợp acrylamit trong
dung dịch nước sử dụng chất khơi mào kali pesunfat. Sự chuyển hóa của monome
được phân tích bằng phương pháp trọng lượng. Nghiên cứu cho thấy sự phụ thuộc
của hàm lượng chất khơi mào đến tốc độ phản ứng trùng hợp tuân theo lý thuyết
động học cổ điển, độ chuyển hóa của monome tăng theo sự tăng của nhiệt độ phản
ứng, trong khi thay đổi giá trị pH thì không có bất kỳ thay đổi đến độ chuyển hóa
9
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
của monome tại các giá trị nhiệt độ cố định.
2.1.3. Trùng hợp nhũ tương
Đây là kỹ nghệ dùng trùng hợp gốc trong chất nhũ tương hoá và được sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp. Trùng hợp nhũ tương bao gồm quá trình tạo
nhũ tương hóa hình thành các hạt vi nhũ và quá trình phản ứng trong các vi nhũ.
Phản ứng thường được tiến hành ở nhiệt độ thấp hay trung bình, tốc độ quá trình
lớn và polyme nhận được có trọng lượng phân tử cao[4].
Polyme nhận được được phân tán trong pha dầu liên tục dưới dạng các hạt
latex không lắng đọng. Tuy nhiên, trước khi sử dụng polyme latex cần được hoà
tan trong pha nước liên tục và quá trình này được gọi là đảo pha polyme. Đảo
pha polyme liên quan đến việc vận chuyển nhũ tương nước trong dầu thành nhũ
tương dầu trong nước trong đó polyme được hoà tan trong pha nước liên tục.
Điều này thường được thực hiện nhờ bổ sung một lượng nhỏ chất hoạt động bề
mặt đảo có cân bằng dầu nước cao và một lượng nước lớn.
Polyacrylamit tổng hợp bằng phương pháp nhũ tương ngược thường cho
sản phẩm có trọng lượng phân tử cao [4,5]. Pha dầu sử dụng thường trong quá
trình trùng hợp nhũ tương ngược acrylamit là toluen [6], heptan [7], xylen [4],
isooctan [8,9]. Chất nhũ hóa sử dụng là tổ hợp của tween 85 và span 80 [4] .
Caudau [10] và cộng sự nghiên cứu động học quá trình trùng hợp
acrylamit trong vi nhũ tương ngược sử dụng chất nhũ hoá Natri sunfonic-bis(2etylhexyl)este và các chất khơi mào azobisisobutyronitril và kali pesunfat
(K2S2O8). Các hạt latex polyacrylamit đảo được tạo thành có độ bền cao.
Inchausti [11] và cộng sự đã nghiên cứu quá trình trùng hợp acrylamit
trong bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương trong dung môi parafin với chất
khơi mào oxy hoá khử amoni pesunfat và natri bisunfit và chất hoạt động bề mặt
không ion
Span 80 (sorbitol monooleat). Khối lượng phân tử được xác định bằng
phương pháp đo độ nhớt và nồng độ monome dư được xác định bằng sắc ký
lỏng cao áp (HPLC). Kết quả cho thấy độ chuyển hoá bị ảnh hưởng bởi nồng độ
chất khơi mào, nồng độ monome và nhiệt độ phản ứng. Khối lượng phân tử thu
10
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
được bằng phương pháp này có thể lên tới 10 7 g/mol. Ưu điểm của phương pháp
này là có thể tiến hành trùng hợp với dung dịch monome nồng độ cao (25%) ở
nhiệt độ thấp (25-30oC) mà vẫn thu được độ chuyển hoá cao.
2.1.4. Trùng hợp huyền phù
Một lượng lớn polyme nhân tạo đặc biệt là những chất dẻo tổng hợp được
sản xuất bằng phương pháp huyền phù. Thuật ngữ trùng hợp huyền phù được áp
dụng trong hệ thống mà ở đó các monome không hoà tan trong nước hoặc các
monome tan trong nước mà không tan trong dung môi hữu cơ. Trong thực tế
thuật ngữ trên còn tuỳ thuộc vào bản chất của monome mà ta chọn nước hay
dung môi hữu cơ là pha liên tục. Các hạt huyền phù là những hạt lỏng lơ lửng
trong pha liên tục. Trong chuyên đề này chúng tôi sử dụng phương pháp trùng
hợp huyền phù để tổng hợp polyacrylamit.
Trong trùng hợp huyền phù chất khơi mào được hoà tan trong pha
monome, mà đã được phân tán thành môi trường phân tán để hình thành giọt.
Độ hoà tan của pha monome phân tán (giọt) cũng như polyme sản phẩm trong
môi trường phân tán thường rất thấp. Phần thể tích của pha monome thường nằm
trong khoảng từ 10% đến 50%. Phản ứng trùng hợp có thể được tiến hành với
phần thể tích monome thấp hơn nhưng thường không hiệu quả kinh tế. Ở phần
thể tích cao hơn, nồng độ của pha liên tục có thể không đủ để lấp đầy không
gian giữa các giọt. Quá trình trùng hợp trong pha giọt, và trong hầu hết trường
hợp xảy ra theo cơ chế gốc tự do. Trùng hợp huyền phù thường yêu cầu thêm
vào một lượng chất ổn định để chống keo tụ và phân tán các giọt trong
quá trình trùng hợp. Phân bố kích thước
của các giọt ban đầu vì thế cũng ảnh hưởng đến hạt polyme tạo thành, phụ
thuộc vào cân bằng giữa các hạt được phân tán và các hạt bị keo tụ. Điều này có
thể khống chế bằng cách sử dụng các loại và tốc độ khuấy khác nhau, phần thể
tích của pha monome, loại và nồng độ chất ổn định được sử dụng. Hạt polyme
có ứng dụng nhiều trong công nghệ như chất dẻo đúc. Tuy nhiên ứng dụng nhiều
nhất của chúng là trong môi trường phân tích sắc ký (như nhựa trao đổi ion và
làm kém hoạt động enzym). Các ứng dụng này thường yêu cầu diện tích bề mặt
11
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
lớn, điều cần thiết để hình thành các lỗ xốp (với kích thước yêu cầu) trong cấu
trúc hạt.
Hạt polyme có thể được làm xốp bằng cách cho dung dịch chất pha loãng
trơ (porogen) vào pha monome, có thể chiết ra sau khi trùng hợp. Có thể bổ sung
vào pha monome chất ổn định UV (xeton và este vòng), chất ổn định nhiệt (dẫn
xuất etylen oxit và muối vô cơ kim loại), chất bôi trơn và tạo bọt (porogen).
* Chất ổn định polyme trong quá trình trùng hợp huyền phù
Chất ổn định polyme sử dụng trong trùng hợp huyền phù ngược gồm các
copolyme khối poly-(hydroxyl-stearic axit)-co-poly(etylen oxit). Chất hoạt động
bề mặt sử dụng trong huyền phù dầu trong nước gồm Span, Tween và các chất
nhũ hoá anion (natri 12-butinoyloxy-9-octadecanat), các keo bảo vệ như gelatin.
Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới trùng hợp huyền phù là
quá trình khuấy, chất hoạt động bề mặt và chất ổn định huyền phù. Kích thước
của các hạt polyme nhận được có đường kính trong phạm vi nhỏ và phụ thuộc
vào loại thiết bị phản ứng và tốc độ khuấy.
* Điều kiện và động học trùng hợp huyền phù
Nhiều nghiên cứu cho thấy, động học phản ứng trong trùng hợp huyền
phù rất giống với động học của trùng hợp khối (khi không có chất pha loãng
monome nào). Quan sát này đề xuất rằng trong trùng hợp huyền phù, điều kiện
nhũ hoá (điều kiện khuấy, kích thước và nồng độ hạt nhũ tương/loại chất ổn
định) có rất ít ảnh hưởng đến động học. Hơn nữa, có thể kết luận rằng bất kỳ sự
chuyển khối lượng nào giữa hai pha trong nhũ tương cũng không ảnh hưởng đến
vận tốc phản ứng. Trở ngại lớn chủ yếu trong thiết kế phản ứng trùng hợp huyền
phù. Vì vậy, là sự hình thành nhũ tương ổn định, ưu tiên có phân bố kích thước
đồng nhất. Hạt monome đủ lớn để bao gồm lượng lớn gốc tự do (có thể nhiều
khoảng 108) và điều đó giải thích tại sao trùng hợp huyền phù nói chung có cơ
chế tương tự như trùng hợp khối, đặc biệt là khi polyme hoà tan trong monome.
Trùng hợp huyền phù được áp dụng trong hệ thống mà ở đó các monome
không hoà tan trong nước và trùng hợp huyền phù ngược là các monome tan
trong nước mà không tan trong dung môi hữu cơ. Trong thực tế thuật ngữ trên
12
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
được sử dụng tuỳ thuộc vào bản chất của monome mà ta chọn nước hay dung
môi hữu cơ là pha liên tục. Các hạt huyền phù là những hạt lỏng lơ lửng trong
pha liên tục. Chất khơi mào có thể hoà tan trong monome lỏng hoặc pha liên
tục. Cũng có thể gọi quá trình trùng hợp huyền phù là quá trình trùng hợp hạt vì
nó là biến thể của quá trình trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch. Trong quá
trình trùng hợp huyền phù có sử dụng chất hoạt động bề mặt và các chất ổn định
huyền phù.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, động học phản ứng trong trùng hợp huyền
phù rất giống với động học của trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch. Trong
trùng hợp huyền phù thì sự hình thành nhũ tương ổn định và sự phân bố kích
thước đồng nhất được ưu tiên. Khi các giọt monome đủ lớn để bao gồm lượng
lớn gốc tự do thì phản ứng trong giọt như là phản ứng trong khối hay dung dịch
và điều đó giải thích tại sao trùng hợp huyền phù nói chung có cơ chế tương tự
như trùng hợp khối và trùng hợp dung dịch.
Phương pháp trùng hợp huyền phù có thuận lợi là quá trình truyền nhiệt
rất tốt, có độ an toàn cao, trọng lượng phân tử polyme thu được lớn và có thể
tiến hành ở nồng độ monome cao. Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược
điểm so với phương pháp trùng hợp khối là phải có công đoạn tách và làm khô
sản phẩm ra khỏi pha liên tục và cấu tử được sử dụng để phân tán và chống sự
kết tụ những hạt monome có thể bị hấp phụ lên bề mặt sản phẩm polyme.
Zuifang Liu và cộng sự [12] nghiên cứu quá trình trùng hợp axit acrylic
bằng phương pháp trùng hợp huyền phù ngược có mặt chất hoạt động bề mặt sử
dụng hệ khơi mào oxy hóa khử natri metabisunfit-kali bromat. Quá trình trùng
hợp được ghi lại bằng cách theo dõi monome dư trên thiết bị sắc ký lỏng hiệu
năng cao. Các hạt polyme được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét. Kết quả
cho thấy tốc độ khuấy ảnh hưởng đáng kể đến kích thước hạt và sự phân bố kích
thước hạt. Tốc độ trùng hợp huyền phù chậm hơn so với trùng hợp dung dịch.
Điều này có thể là do quá trình trùng hợp diễn ra trong các giọt nước. Quá trình
giọt tụ và phá vỡ giọt diễn ra đồng thời trong các giọt nước.
13
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
Dimonie và cộng sự [13] nghiên cứu quá trình trùng hợp acrylamit trong
huyền phù ngược và so sánh với phương pháp trùng hợp dung dịch. Các tác giả
đã sử dụng phép đo độ dẫn, phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và kính hiển vi
điện tử quét (SEM) để thiết lập các giai đoạn phản ứng và đặc trưng của
polyme.
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp huyền phù
Quá trình trùng hợp bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: nhiệt độ phản ứng,
nồng độ chất khơi mào, nồng độ monome và dung môi.
* Ảnh hưởng 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 lượng
phân tử trung bình của polyme nhận được.
* Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào: Khi tăng nồng độ chất khơi
mào, số gốc tự do tạo thành khi phân huỷ tăng lên dẫn tới làm tăng số trung tâm
hoạt động, do đó vận tốc quá trình trùng hợp chung tăng. Nhưng khi đó khối
lượng phân tử trung bình của polyme tạo thành giảm.
* Ảnh hưởng của nồng độ monome: Khi tiến hành trùng hợp trong dung
môi hay trong môi trường pha loãng vận tốc của quá trình và trọng lượng phân
tử trung bình tăng theo nồng độ của monome. Nếu monome bị pha loãng nhiều
có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do đó làm giảm trọng lượng phân tử
trung bình của polyme.
* Ảnh hưởng của dung môi: Ảnh hưởng của dung môi đến quá trình phản
ứng có thể là do các yếu tố: độ phân cực, hoặc là do xảy ra phản ứng giữa
polyme với dung môi, phản ứng monome với dung môi, hoặc giữa mạch đang
phát triển với dung môi. Dung môi có khả năng phân tán, khuếch tán, kiểm soát
phản ứng chuyển mạch. Các phản ứng hoá học có thể kiểm soát khi có mặt của
14
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
dung môi như là phát triển phản ứng tạo gốc tự do trong quá trình trùng hợp, đây
là một yếu tố ảnh hưởng quan trọng không theo mong muốn.
2.3. Đặc điểm cấu tạo và ứng dụng của poly hidroxamic axit
2.3.1. Giới thiệu về poly(hydroxamic axit)(PHA)
Công thức cấu tạo đơn giản của PHA có dạng:
Trong đó : P là polime
xương sống.
Trong thành phần của
polyme PHA chứa 2 nhóm chức chính là –CONHOH và –COOH. Nhóm –
COOH có trong thành phần nhựa là vì trong quá trình thủy phân một phần –
CONHOH đã bị thủy phân tạo thành –COOH.
PHA là loại polyme có khả năng tạo phức vòng càng bền với nhiều ion
kim loại khác nhau [1]. Nhóm hydroxamic axit trong polyme có công thức
chung là R- CONHOH (R là ankyl hoặc aryl) và xuất hiện ở hai dạng tautome
hóa giữa xeton và enol như trong hình 1.1:
Hình 2.1: Nhóm chức hyroxamic ở dạng tautome hóa giữa xeton và enol
PHA được tổng hợp theo nhiều phương pháp khác nhau như: đi từ
polyacrylamit,
poly(acrylic
axit),
poly(metylacrylat)…hoặc
đi
từ
acrylcacbohydroxamic với hydroxylamin trong điều kiện thích hợp [2].
Theo [3], các tác giả đã tổng hợp PHA từ poly (acrylamit) (PAA) trong
điều kiện thích hợp:
Hình 2.2: Sơ đồ phản ứng tổng hợp PHA từ Polyacrylamit
15
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
Sau quá trình tổng hợp thu được nhựa PHA chứa chủ yếu 4 nguyên tố: C,
H, N, O. Trong đó gồm 44,69% C, 6,68% H, 16,05% N, 31,46% O [3]. Ta thấy
hàm lượng nguyên tố N và O cao hơn nhiều so với H điều này cho thấy mức độ
chuyển đổi cao của các nhóm axit hydroxamic.
2.3.2. Ứng dụng của poly(hydroxamic axit)
Poly(hydroxamic axit) có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế như:
trong xử lý nước, trong môi trường, ứng dụng trong tách chiết và thu hồi các ion
kim loại nặng từ nước thải và trong tách các ion kim loại đất hiếm từ
quặng đất hiếm. Trong đó, ứng dụng trong việc tách chiết các ion kim loại đất
hiếm từ quặng đất hiếm là lớn nhất và có hiệu quả cao do nhóm hydroxamic axit
của polyme trên cơ sở poly(hydroxamic axit) có khả năng tạo phức vòng càng
đối với nhiều ion kim loại.
Trên cơ sở đó đã có nhiều nghiên cứu được tiến hành nhằm tổng hợp và
ứng dụng poly(hydroxamic axit) trong việc tách, chiết và tinh chế các kim loại
quý như các nguyên tố phóng xạ U, Nd.., sử dụng tách các nguyên tố đất hiếm ra
khỏi hỗn hợp [4].
Cơ chế phản ứng giữa nhựa PHA với ion kim loại đất hiếm được biểu
diễn trong hình 1.3 dưới dây:
Hình 2.3: Cơ chế phản ứng giữa PHA và ion KLĐH
Dựa trên cơ chế phản ứng trên đã có nhiều nhà khoa học trên thế giới đã
ứng dụng vào tách các nguyên tố đất hiếm. Chẳng hạn như, với mục đích tách
các nguyên tố đất hiếm uranium, Kayasth và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng
nhựa trao đổi ion Chelex-100 (styren-divinylbenzen copolyme có chứa nhóm
iminodiaxetic axit). Kết quả nghiên cứu cho thấy sau quá trình tách lượng đất
16
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
hiếm có trong mẫu uranium hầu như không đáng kể, uranium thu được có độ
tinh khiết rất cao. Hiệu suất tách cao hơn hẳn khi sử dụng phương pháp kết tủa
(chỉ đạt khoảng 60-80%).[4]
Việc tách và tinh chế một lượng nhỏ đất hiếm, ví dụ Scandi (III), từ một
lượng lớn hỗn hợp đất hiếm đã được tiến hành bởi Hubicki. Tác nhân tạo phức
và trao đổi ion có thể được sử dụng như photphonic, aminophotphonic và
xenlulozơ photphat [5]. Sử dụng các tác nhân này có thể tách chọn lọc Sc(III) từ
dung dịch muối với Y(III), La(III) hay Ln(III). Độ bền cao của phức Scandi với
photphoric và amino photphoric axit làm tăng độ chọn lọc của quá trình tách
lượng nhỏ Sc(III) từ Y(III), La(III) và Ln(III).
Đất hiếm được tách và thu hồi không chỉ từ nguồn quặng mà có thể từ
nguồn nước biển bằng cách sử dụng nhựa trao đổi ion. Fahat và các cộng sự đã
nghiên cứu sử dụng nhựa có chứa nhóm β-dixeton fluorinat được tạo lưới bằng
divinylbenzen để thu hồi một số nguyên tố đất hiếm từ nước biển [6]. Kết quả
nghiên cứu cho thấy hàm lượng thu hồi được từ nước biển đối với các nguyên tố
như La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy và Lu đạt trên 95%.
Khả năng tách chọn lọc các nguyên tố đất hiếm của nhựa trao đổi ion
iminodiaxetic cũng rất đáng quan tâm. Cụ thể là trong công trình nghiên cứu của
Moore, tác giả còn sử dụng kết hợp nhựa trao đổi ion sunfonic có tác dụng hấp
thu hiệu quả nhóm các nguyên tố đất hiếm nhẹ, nhóm nặng hơn được hấp thụ
bởi nhựa imino diaxetic và sử dụng EDTA cho quá trình rửa giải [7].
Selvivà cộng sự [8] cũng tiến hành nghiên cứu sử dụng nhựa
poly(hydroxamic)- PHA để tách Galli (Ga) từ dung dịch natri aluminat, một sản
phẩm của ngành công nghiệp sản xuất nhôm. Trong công trình này, tác giả đã
tiến hành nghiên cứu tổng hợp PHA từ acrylonitrin-divinylbenzene (DVB),
nghiên cứu quá trình hấp thụ, tách Galli bằng cột tách sử dụng nhựa nhồi là
PHA. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy dung lượng hấp thu ảnh hưởng bởi kích
thước hạt nhựa và chất pha loãng thêm vào cột, đồng thời các tác giả đã tìm ra
khoảng kích thước tối ưu. Dung tích hấp thu được xác định bằng phương pháp
phân tích hàm lượng ion kim loại trong dung dịch sau khi qua cột tách. Trong
quá trình tách, rửa cột thì yếu tố pH đóng vai trò rất quan trọng.
17
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
Trong công trình nghiên cứu sử dụng nhựa trao đổi trên cơ sở PHA để
tách nguyên tố La ra khỏi nước và tiến hành xác định lượng hấp thụ của PHA
đối với ion kim loại [9], các tác giả đã tiến hành thí nghiệm tạo phức của PHA
với một số ion nguyên tố đất hiếm như La3+, Dy3+, Pr3+, Ce3+, Nd3+, Gd3+, Eu3+,
Tb3+ cùng với quá trình thay đổi pH. Kết quả cho thấy dung lượng hấp thu đất
hiếm của nhựa trao đổi ion trên cơ sở PHA phụ thuộc vào pH. Khi pH tăng thì
dung lượng hấp thu tăng lên. Nhựa trao đổi ion có ái lực hấp thu mạnh với
Lantan ở pH = 6 và dung lượng hấp thu La ở pH này khoảng 2,3 mmol/g. Theo
kết quả nghiên cứu này thì thứ tự hấp thu chọn lọc được sắp xếp như sau: La 3+>
Dy3+> Pr3+> Ce3+> Nd3+> Gd3+> Eu3+> Tb3+.
Ngoài ra PHA với vai trò là nhựa trao đổi ion cũng đã được nghiên cứu sử
dụng nhằm tách urani ra khỏi hỗn hợp với Nd [10]. Bản chất liên kết giữa ion
Uranyl và poly(hydroxamic axit) dạng hydrogel được tổng hợp từ
poly(acrylamit) cũng đã được tiến hành nghiên cứu [11]. Chỉ số liên kết của
poly(hydroxamic axit) với ion Uranyl được xác định qua độ hấp thụ ion này.
Bên cạnh đó ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ ion, pH, nhiệt độ…đến độ
hấp thu của ion Uranyl lên hydrogel poly(hydroxamic axit) cũng được tác giả và
các cộng sự tiến hành khảo sát.
Khaled F. Hassan và cộng sự [11] đã nghiên cứu quá trình tách Zr từ Y, Sr
bằng PHA, các kết quả cho thấy, PHA có khả năng tách loại riêng rẽ Zr từ Y, Sr.
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
3.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
3.1.1 Hóa chất
- Các hóa chất dùng cho quá trình nghiên cứu đều ở dạng tinh khiết phân
tích hoặc tinh khiết, bao gồm:
18
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
+ Acrylamit C3H5NO (AM) (CH2=CH-CONH2) (PA - Trung Quốc): tan
trong nước, d = 1,12g/cm3, M = 71,08g/mol, điểm chảy 82-85oC, được sử dụng
không qua kết tinh lại.
+ Dung dịch Parafin có tỷ trọng 0,845 g/ml.
+ N,N’- metylenebisacrylamide (MBA) (chất tạo lưới) C7H10N2O2.
+ Amoni pesunfat (NH2)4S2O8 (APS – Trung Quốc): tan trong nước (độ
tan 80g/100ml ở 25 oC) M = 228,18 g/ml, d = 1,98 g/cm 3, điểm nóng chảy <
100oC (phân hủy), được sử dụng không qua tinh chế.
+ Các hóa chất khác được sử dụng ngay không qua tinh chế lại: nước cất,
Span 80, xyclohecxan, etanol.
+ Hydroxyl amin hidroclorit NH 2OH.HCl, M = 246 g/mol, độ tinh khiết
>98,5%.
+ Các hóa chất khác được sử dụng ngay không qua tinh chế lại: Natri
hidroxit (NaOH), natri hidrocacbonat (NaHCO3), axit clohidric (HCl), natri
axetat (NaCH3COO), nước cất.
3.1.2. Dụng cụ, thiết bị
- Máy khuấy từ có gia nhiệt
- Cân phân tích
- Hệ thống lọc, hút, kết nối tủ sấy chân không Karl Kolb
- Dụng cụ thủy tinh: cốc thủy tinh 100, 250, 400 ml; bình tam giác; ống
đong 50ml; pipet; buret; phễu lọc; đũa thủy tinh, nhiệt kế.
3.2. Phương pháp tiến hành
3.2.1. Trùng hợp acrylamit bằng phương pháp huyền phù.
Dung môi được pha gồm 120ml parafin và 0,0128g span 80 (với tỉ lệ
Span 80/parafin = 0,1% ) trong cốc phản ứng 400ml được gia nhiệt tới 70 0C
bằng máy khuấy từ.
Thêm vào hỗn hợp monome gồm 8,57g acrylamit và 0,6g chất tạo lưới
MBA 0,0857g chất khơi mào APS. Nạp từ từ hỗn hợp monome vào dung môi
bằng pipet với tốc độ nhỏ giọt là 10g/phút, tốc độ này cho phép quá trình trùng
hợp thực hiện ở nhiệt độ ổn định. Tốc độ khuấy trong quá trình đồng trùng hợp
được duy trì ở 240 vòng/phút. Khi nạp hết monome, tiếp tục duy trì ổn định tốc
19
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
độ khuấy và nhiệt độ phản ứng. Khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng được
làm mát xuống nhiệt độ phòng trong khi khuấy. Phần dung dịch lỏng được gạn
ra khỏi hạt và được rửa bằng xyclohecxan để loại bỏ dung môi parafin, sau đó
rửa nhiều lần bằng nước cất và hệ cồn- nước.
3.2.2. Quá trình biến tính polyacrylamit thành poly(hydroxamic axit)
Lấy 50ml dung dịch NH2OH.HCl 3,3M vào 150ml nước cất có chứa 10g
PAM khô đã được tổng hợp ở chuyên đề trước. Dùng máy khuấy từ khuấy đều
hỗn hợp trong 30 phút tại nhiệt độ phòng. Lấy polyme này ra rửa sạch bằng
nước cất sau đó sấy khô ta được PHA-PAM.
Tiếp theo, lấy 10g PHA khô ở trên cho vào cốc chứa 150ml nước cất điều
chỉnh dung dịch có pH=14 bằng 50ml dung dịch NaOH 3,9M. Sau đó tiếp tục
khuấy đều phản ứng này trong 24h tại nhiệt độ phòng. Khi kết thúc phản ứng
lấy polyme màu trắng này rửa sạch bằng nước cất và ngâm trong HCl 3N
khoảng 10 phút rồi lại rửa sạch bằng nước cất cho đến khi hết HCl tự do. Ta
được PHA-PAM.
3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp poly
acrylamit và quá trình biến tính tổng hợp PHA
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình trùng hợp
AM, phản ứng được tiến hành ở điều kiện: nhiệt độ 70 0C, 750C và 800C; thời
gian 60, 90, 120, 150, 180, 240 phút; nồng độ chất khởi mào APS 1,0%; nồng độ
chất tạo lưới MBA 3%, tốc độ khuấy 240 vòng/phút, monome/H2O = 1/7, nồng
độ chất ổn định huyền phù 0,2%.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào đến quá trình trùng
hợp AM, phản ứng được tiến hành ở các điều kiện: nhiệt độ 750C; thời gian phản
ứng 240 phút; nồng độ chất tạo lưới MBA 3%, nồng độ chất khởi mào APS:
0,5%; 0,7%; 1,0%; 1,5%; 2,0% (theo khối lượng monome); thời gian ở 180 và
240 phút; tốc độ khuấy 240 vòng/phút, tỷ lệ monome/H 2O: 1/7, nồng độ chất ổn
định huyền phù 0,2%.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất tạo lưới đến quá trình trùng hợp
AM, phản ứng được tiến hành ở các điều kiện: nhiệt độ 75 0C; thời gian phản
20
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
ứng 240 phút; nồng độ chất khơi mào APS là 1.0%, nồng độ chất tạo lưới
MBA: 0,01%; 0.03%; 0.05%; 0.08%; 0.1%, 0.3%, 0.5%,1%, 3%, 5%, 7% (theo
khối lượng monome); thời gian 240 phút; tốc độ khuấy 240 vòng/phút, tỷ lệ
monome/H2O: 1/7, nồng độ chất ổn định huyền phù 0,2%.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ các monome đến quá trình trùng hợp
AM, phản ứng được tiến hành ở điều kiện: Nhiệt độ 75 0C; thời gian phản ứng
240 phút; nồng độ chất khơi mào APS 1,5%; nồng độ chất tạo lưới MBA 5%;
tốc độ khuấy 240 vòng/phút, tỷ lệ monome/H2O: 1/7, nồng độ chất ổn định
huyền phù 0,2%, nồng độ monome thay đổi 14%, 16%, 18%, 20%, 25%.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới đến hàm lượng
nhóm chức trong PHA- PAM: Thực hiện quá trình biến tính với PAM đã tổng
hợp từ các với hàm lượng chất tạo lưới là 3%, 5%, 7%, 9%. Sau quá trình biến
tính xác định hàm lượng nhóm chức trong PHA- PAM.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của pH trong quá trình biến tính đến hàm lượng
nhóm chức của PHA- PAM: Thực hiện phản ứng tổng hợp PHA- PAM tại các
pH : 10; 11; 12; 13; 14.
3.4 Các phương pháp phân tích đánh giá.
3.4.1. Xác định khả năng hấp thụ nước của hydrogel PAM
Tất cả các mẫu thử khả năng hấp thụ nước đều được sấy khô trong chân
không ở 60oC trong 2 ngày.Hệ số hấp thụ nước (W) được xác định bằng phương
pháp trọng lượng. Cân một lượng xác định (khoảng 2 g) PAM đã được sấy khô
cho vào túi chè và ngâm vào trong nước cất ở nhiệt độ phòng. Sau một khoảng
thời gian (khoảng 48 giờ) lấy túi mẫu ra khỏi nước cất và để ráo hết nước trong
5 phút. Xác định trọng lượng mẫu thu được. Hệ số hấp thụ nước được tính theo
công thức:
W=
m2 − m1
x100%
m1
Trong đó: m1 và m2 là khối lượng nhựa trước và sau khi hấp thụ nước.
3.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử SEM
21
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
Nguyên tắc: Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) là sử dụng chùm tia
điện tử có năng lượng E = 0,5 – 3,5 KV để tạo ảnh mẫu nghiên cứu thay vì sử
dụng các bức xạ khả kiến (Visble light) để tạo ảnh của vật như các kính hiển vi
quang học.
Chùm tia điện tử được tạo ra từ catot sau khi đi qua hai tụ quay, sẽ được
hội tụ lên mẫu. Khi đó, các điện tử thứ cấp sẽ bị bật ra do sự va chạm. Sau đó
chùm tia này được gia tốc, khuếch đại và điều biến đồng bộ với hình ảnh của vật
rồi đưa đến màn huỳnh quang có thể đạt độ phóng đại theo yêu cầu. Phương
pháp hiển vi điện
tử quét (SEM) dùng để nghiên cứu bề mặt, kích thước, hình dạng tinh thể.
Các mẫu được chụp SEM trên máy JEOL-5300 (Nhật) tại Phòng thí nghiệm
nghiên cứu vi cấu trúc, Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam.
3.4.3. Xác định kích thước trung bình của hạt sản phẩm
Kích thước trung bình của hạt được xác định một cách tương đối từ ảnh
SEM của sản phẩm. Kích thước trung bình được xác định theo công thức (2.1)
(2.1)
Trong đó: N là tổng số hạt có hình dạng hiển thị toàn vẹn trên ảnh SEM,
Di là kích thước của các hạt thứ i. Một số mẫu sản phẩm đồng trùng hợp tiêu
biểu được chụp ảnh SEM và xác định kích cỡ trung bình của hệ hạt.
3.4.4. Xác định hàm lượng phần gel
Sản phẩm sau khi phản ứng được sấy bằng tủ sấy chân không ở 60 oC đến
khối lượng không đổi. Cân một lượng (khoảng 2g) chính xác rồi tiến hành cho
vào túi lọc, ngâm trong nước cất và rửa lại bằng nước cất sau đó nhiều lần để
loại bỏ phần polyme không tạo lưới. Sản phẩm còn lại trong túi được sấy lại
bằng tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi. Cân lại để xác định khối
lượng sản phẩm có tạo lưới. Hàm lượng phần gel của sản phẩm được xác định
theo công thức sau:
22
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
Gel (%) =
g2
x100%
g1
Trong đó:g1và g2 khối lượng sản phẩm khô trước và sau khi khi rửa
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN
4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng
Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình trùng
hợp AM, chúng tôi tiến hành phản ứng ở điều kiện: nhiệt độ 70 0C, và 750C; thời
gian 60, 90, 120, 150, 180, 240 phút; nồng độ chất khởi mào APS 1,5%; nồng độ
chất tạo lưới MBA 3%, tốc độ khuấy 240 vòng/phút, monome/H2O = 1/7, nồng
độ chất ổn định huyền phù 0,1%. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và
thời gian phản ứng được thể hiện ở bảng 4.1.
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng đến quá trình trùng
hợp AM
23
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
Nhiệt
Thời gian
Nồng độ
Đặc điểm sản
Gel1
D2TB
độ (oC)
(phút)
60
90
120
150
180
240
60
90
120
150
180
240
monome (%)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
phẩm
Chảy lỏng
Chảy lỏng
Chảy lỏng
Chảy lỏng
Khối
Khối
Chảy lỏng
Khối
Tạo hạt
Tạo hạt
Tạo hạt
Tạo hạt
(%)
87
91
94
99
(µm)
-
70 0C
75 0C
∼ 80-110
∼ 80-110
∼ 80-110
∼ 80-110
Trên bảng 4.1 thể hiện mối quan hệ ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian
phản ứng đến quá trình trùng hợp AM. Kết quả cho thấy ở các nhiệt độ 70 0C và
750C sản phẩm tạo thành ở dạng chảy lỏng và khối là chủ yếu, các dạng sản
phẩm này không đáp ứng được yêu cầu của một sản phẩm là tạo thành các hạt
riêng biệt. Ở nhiệt độ 750C sản phẩn của phản ứng đã tạo hạt, sản phẩm đã có độ
tạo lưới cao và hàm lượng phần gel thu được từ 87 đến 99%. Điều này là do khi
nhiệt độ thấp và thời gian ít thì độ chuyển hoá của phản ứng chưa cao. Mặt khác
khi độ chuyển hoá thấp, sản phẩm thu được vẫn còn một phần chưa phản ứng
khi đó các hạt sản phẩm không tạo được hạt hoặc các hạt vẫn còn dính kết với
nhau, không tách rời rõ ràng. Chọn nhiệt độ 75oC và thời gian phản ứng 240
phút là các điều kiện phản ứng cho các nghiên cứu tiếp theo.
4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào và thời gian phản ứng
Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào và thời gian đến
quá trình trùng hợp AM, cúng tôi đã tiến hành phản ứng trùng hợp ở các điều
kiện: nhiệt độ 750C; nồng độ chất tạo lưới MBA 3%, nồng độ chất khởi mào
APS: 0,5%; 1,0%; 1,3%; 1,5%; 1,7%, 2,0% (theo khối lượng monome); thời
gian ở 180 và 240 phút; tốc độ khuấy 240 vòng/phút, tỷ lệ monome/H 2O: 1/7,
1
2
Hàm lượng phần gel của sản phẩm
Đường kính hạt trung bình của sản phẩm
24
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hóa
nồng độ chất ổn định huyền phù 0,1%. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất
khơi mào và thời gian phản ứng được thể hiện ở bảng 4.2.
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào và thời gian phản ứng đến quá
trình trùng hợp AM
Tỷ lệ monome
APS
Đặc điểm sản
Gel
và thời gian
(%)
phẩm
(%)
0,5
Khối
-
-
1,0
Khối
-
-
1,3
Tạo hạt
98,0
-
1,5
Tạo hạt
99,7
-
1,7
Tạo hạt
100
-
2,0
Tạo hạt
100
-
0,5
Khối
-
-
1,0
Tạo hạt
97,2
∼ 80-110
AM = 20%
1,3
Tạo hạt
98,8
∼ 80-110
τ = 240 phút
1,5
Tạo hạt
100
∼ 80-110
1,7
Tạo hạt
100
∼ 80-110
2,0
Tạo hạt
100
∼ 80-110
AM =20%
τ =180 phút
DTB (µm)
Trên bảng 4.2 thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ chất khơi mào và thời
gian phản ứng tới khả năng tạo hạt, hàm lượng phần gel trong polyme, kích
thước trung bình của hạt sản phẩm.
Từ kết quả cho thấy, hàm lượng phần gel trong polyme không bị ảnh
hưởng nhiều bởi nồng độ chất khơi mào. Với phản ứng polyme hoá theo cơ chế
gốc tự do, chất khơi mào ảnh hưởng trực tiếp trong quá trình diễn ra phản ứng.
Khi hàm lượng chất khơi mào tăng dẫn đến số mạch đang phát triển tăng, tốc độ
chuyển mạch tăng, chiều dài mạch giảm, khoảng cách giữa hai liên kết ngang
giảm. Điều này ảnh hưởng tới khả năng hấp thu dầu của polyme giảm.
25
SVTH: Lê Văn Phương
Lớp: ĐH Hóa Hữu Cơ
