Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC NỘI DUNG CẦN KHẢO SÁT

37



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



TS. HỒNG THỊ THÁI THANH



2.2 Quy trình thí nghiệm

1.1.1



Quy trình lắp ráp dụng cụ thí nghiệm



7



8

6



5



9



2



3



1

4



4



5



6



7



4



3



8



3



2



9



2



1



1 01



5



6



7

8

9



1



10



Hình 2.25 Mơ hình lắp ráp dụng cụ thí nghiệm

1. Nồi cách thủy



6. Nhiệt kế



2. Hóa chất



7. Nước ra



3. Cá từ



8. Ống sinh hàn



4. Bếp điện từ



9. Bình cầu hai cổ



5. Nước vào



38



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



2.2.1



TS. HOÀNG THỊ THÁI THANH



Trùng hợp khối

Benzoyl peoroxide



Vinyl acetate



Khuấy đều

700C – (1-2 giờ)

jkj

Sản phẩm

(Nhiệtđộ phòng)



Sấy chân khơng

350C



Polyvinyl

Acetate



Hình 2.26 Sơ đồ quy trình trùng hợp khối PVAc

Mơ tả quy trình thí nghiệm

Lắp hệ thống tổng hợp hồn hưu. Khi lắp nhớ bôi Vaseline để bôi trơn các

khớp nối, nhằm dễ dàng tháo ra khi kết thúc phản ứng. Cho một lượng nước vừa

đủ vào xoong chứa, sao cho lượng nước phải ngập mặt dung dịch bên trong bình

cầu. Cho vào bình phản ứng VAM và benzoyl peroxide (BPO). Bật máy khuấy,

tiến hành gia nhiệt lên 700C. Duy trì mức nhiệt độ và quan sát dung dịch trong

bình phản ứng. Sau 2h thì chất lỏng trong bình phản ứng đặc keo lại, đổ ra đĩa

petri, đem đi sấy ở nhiệt độ 350C trong vòng 2 ngày.



39



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



2.2.2



TS. HOÀNG THỊ THÁI THANH



Trùng hợp dung dịch



Vinyl acetate



Benzoy peoroxide



Khuấy 10 phút



Gia nhiệt 700C

1h-3h



Sản phẩm ở

dạng dung dịch



Methano

l



Diethyl ete



Kết tủa



Sấy 350C



PVAc



Hình 2.27 Sơ đồ quy trình trùng hợp dung dịch

Mơ tả quy trình thí nghiệm

Lắp hệ thống tổng hợp hồn hưu. Khi lắp nhớ bôi Vaseline để bôi trơn các

khớp nối, nhằm dễ dàng tháo ra khi kết thúc phản ứng. Cho một lượng nước vừa

đủ vào xoong chứa, sao cho lượng nước phải ngập mặt dung dịch bên trong bình

cầu.



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



40



TS. HỒNG THỊ THÁI THANH



Cho vinyl acetate monomer và Benzoyl peroxide vào bình phản ứng, vừa

gia nhiệt vừa khuấy trong vòng 10 phút cho benzoy peroxide tan hết. Sau đó, cho

vào bình phản ứng Methanol và tiếp tục gia nhiệt đến 70 0C, khuấy đều. Sau từ 1

giờ đến 3 giờ quan sát độ nhớt trong bình phản ứng, độ nhớt hơi sánh lỏng

( không đặc keo bằng trùng hợp khối ) thì dừng phản ứng. Tháo lắp dụng cụ, đổ

ra cốc thủy tinh. Chuẩn bị một khay đá chứa nước lạnh ( vì đietyl ete rất dễ bay

hơi, khi làm phải làm trong tủ hút vì đietyl ete khá độc, gây rối loạn hệ thần

kinh), đổ dietyl ete vào cốc thủy tinh chứa dung dịch Polyviyl acetate theo tỉ lệ

1:10. Khuấy trung bình và giữ nguyên, đợi kết tủa lắng xuống, lọc bỏ lớp dung

dịch bên trên thu kết tủa phía dưới. Đem kết tủa thu được đi sấy ở nhiệt độ 35 0C

trong 2 ngày. Ta thu được Polyvinyl acetate. Tùy vào mục đích sử dụng có thể để

polymer ở dạng dung dịch (keo dán).



41



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



2.2.3



TS. HOÀNG THỊ THÁI THANH



Trùng hợp nhũ tương



Khuấy

500C(10-15’)



Chất nhũ hóa



Vinyl acetate



Nước

cất



Khuấy

(600C)

Khuấy

(700C,

4h)

(



KPS



Sản phẩm

(nhiệt độ

phòng)



Rửa sạch bằng

nước cất



llll



Phá nhũ

bằng NaCl



Sấy chân khơng



Poly Vinyl

acetate



Hình 2.28 Sơ đồ quy trình trùng hợp nhũ tương

Mơ tả quy trình thí nghiệm

Lắp hệ thống tổng hợp hồn lưu. Khi lắp dùng Vaseline để bơi trơn các

khớp nối, nhằm dễ dàng tháo ra sau khi kết thúc phản ứng. Cho một lượng nước

vừa đủ vào xoong chứa, sao cho lượng nước phải ngập mặt dung dịch bên trong

bình cầu.



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



42



TS. HỒNG THỊ THÁI THANH



Bật máy khuấy cho 100ml nước cất vào trong bình cầu, sau đó cho thêm

một lượng chất nhũ hóa SDS vào bình cầu, khuấy dung dịch ở 50 0C trong vòng

10-15 phút.

Tiếp đến ta cho Vinyl acetate monomer vào bình cầu, lúc này ta nâng nhiệt

độ của phản ứng lên 600C, sau đó cho thêm KPS đã được hòa tan trong 5ml nước

cất vào và nâng dần nhiệt độ phản ứng lên 700C.

Tiếp theo sẽ tiến hành phá nhũ tương rồi mang đi lắng, lọc, ly tâm để tách

polymer hạt và dung dịch chất nhũ hóa, chất khởi đầu còn dư…monomer còn dư

thì có thể tách bằng cách sục hơi nước quá nhiệt vào hỗn hợp vinyl acetate- nước

thực hiện quá trình lơi cuốn hơi nước.

Việc phá nhũ tương được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như:

-



Dùng nhiệt để phá hệ nhũ tương.



-



Dùng cơ học: khuấy mạnh với vận tốc khuấy 3000-6000 vòng/ phút.



-



Dùng điện trường.



-



Dùng chất điện ly: muối ăn NaCl, NH4Cl, ZnCl2, CH3COOH…..



Sản phẩm tạo ra mang đi rửa sạch với nước để làm sạch hết các chất nhũ

hóa còn lại trên bề mặt. Sau đó mang mẫu polymer đi sấy khô và thu sản phẩm.



43



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



2.2.4



TS. HOÀNG THỊ THÁI THANH



Trùng hợp huyền phù

Khuấy 15-30 phút

600C



PVA



Khuấy 700C

1-4 giờ



Vinyl acetate



Sản phẩm ở dạng

huyền phù



Nước cất



Benzoyl peroxide



Ly tâm



Sấy chân khơng



PVAc

Hình 2.29 Sơ đồ quy trình trùng hợp huyền phù

Mơ tả quy trình thí nghiệm

Lắp hệ thống tổng hợp hồn lưu. Khi lắp dùng Vaseline để bơi trơn các

khớp nối, nhằm dễ dàng tháo ra sau khi kết thúc phản ứng. Cho một lượng nước

vừa đủ vào xoong chứa, sao cho lượng nước phải ngập mặt dung dịch bên trong

bình cầu.

Bật máy khuấy cho 80ml nước cất vào trong bình cầu, sau đó cho thêm một

lượng chất nhũ hóa PVA vào bình cầu, khuấy dung dịch ở 50 0C trong vòng 10-15

phút cho PVA tan hết tạo dung dịch trong suốt hơi sánh. Cho vào bình phản ứng

VAM và benzoyl peroxide (BPO). Bật máy khuấy, tiến hành gia nhiệt lên 70 0C.

Duy trì mức nhiệt độ và quan sát dung dịch trong bình phản ứng. Sau 1 giờ đến 4



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



44



TS. HOÀNG THỊ THÁI THANH



giờ tháo dỡ dụng cụ. Đem dung dịch huyền phù đi ly tâm, ta thu được một những

hạt polymer. Sấy chân không và thu sản phẩm.



2.3 Các nội dung cần khảo sát

1.1.1



Phân tích cấu trúc PVAc qua phổ hồng ngoại



Bức xạ hồng ngoại là vùng bức xạ nằm giữa sánh sang nhìn thấy và vi sóng,

có tần số nằm trong khoảng 430 THz và 300 GHz, thường được hấp thụ bởi phân

tử các hợp chất hữu cơ và chuyển nó thành những năng lượng dao động. Sự hấp

thụ này được lượng tử hóa tạo thành một dãy phổ dao động phân tử. Tần số hay

bước sóng hấp thụ phụ thuộc vào khối lượng các nguyên tử, các liên kết và cấu

trúc của phân tử.

Trên đồ thị phổ IR, trục tung là độ truyền qua biểu diễn vào % (percent

transmition) Độ truyền qua 100% nghĩa là mẫu thử khơng hấp thụ bức xạ, còn độ

truyền qua 0% tức toàn bộ bức xạ đã bị hấp thụ. Trên trục hoành đồ thị phổ IR là

số sóng (cm-1). Vì độ truyền qua 100% là đỉnh của phổ nên dải hấp thụ trong phổ

IR là phần đi xuống. Cường độ dải hấp thụ tương ứng với độ truyền qua: độ

truyền qua nhỏ nhất là dải hấp thụ lớn nhất. Vị trí các mũi hấp thụ trong phổ

hồng ngoại được biểu diễn dưới dạng số sóng ʋ với đơn vị được sử dụng là cm-1.

Thiết bị đo phổ hồng ngoại gồm các loại : phổ kế hồng ngoiah một chum tia dùng

kính lọc, phổ kế hồng ngoại hai chum tia tán sắc, và phổ kế được sử dụng trong

bài là phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier ( FTIR) [30].

Phổ IR được thực hiện trên máy hồng ngoại biến đổi Fourier NEXUS 670

(Mỹ) tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

2.3.1



Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp trùng hợp đến



khối lượng phân tử.

Khối lượng phân tử và phân bố khối lượng phân tử là thơng số quan trọng

giúp dự đốn tính chất cơ lý cũng như tính chất lưu biến của polymer. Có nhiều

phương pháp xác định khối lượng phân tử khác nhau như: bằng cách đo áp suất



45



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



TS. HOÀNG THỊ THÁI THANH



thẩm thấu của dung dịch polymer, phương pháp tán xạ ánh sang, phương pháp li

tâm siêu tốc. Nhưng trong bài thí nghiệm nghiên cứu này sử dụng phương pháp

xác định khối lượng phân tử bằng cách đo độ nhớt của dung dịch polymer với ưu

điểm chi phi thấp và dễ thực hiện. Khối lượng phân tử của polymer được đo bằng

nhớt kế OSTWALD. Từ độ nhớt đặc trưng [ƞ] có thể xác định khối lượng phân tử

của polymer theo phương trình Mark – Houwink-Sakurada:

[ƞ]=KMα

Hằng số Mark – Houwink của polyvinyl acetate(PVAc) trong Methanol ở

300C là K=3,14x10-4 mL/g, α=0,6.

Bảng 2.5 Bảng khảo sát ảnh hưởng các phương pháp trùng hợp

đến khối lượng phân tử

Các phương

pháp trùng hợp



Trùng hợp

khối



Trùng hợp

dung dịch



Trùng hợp nhũ

tương



Khối lượng

phân tử



13876



13207



16315



2.3.2



Trùng hợp

huyền phù

16033



Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến độ chuyển hóa



Độ chuyển hóa (q) của q trình trùng hợp được xác định theo biểu thức:



q=

Trong đó [M0] là nồng độ ban đầu của monomer.

[Mt] là nồng độ của monomer tại thời điểm t.

Như vậy độ chuyển hóa (q) cho biết % monomer đã tham gia phản ứng sau

khoảng thời gian t.



46



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



TS. HOÀNG THỊ THÁI THANH



Bảng 2.6 Bảng khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến độ chuyển hóa

Các phương pháp trùng hợp

thời gian (h)



khối



dung dịch



huyền phù



nhũ tương



0



0



0



0



0



1



15,6



21,2



14,2



17,1



2



30,8



29,9



29,4



33,6



36,2



41,1



45,5



4



46,7



57,2



5



49,6



62,7



3



2.3.3



Phân tích tính chất nhiệt của Polyvinyl Acetate



Phân tích nhiệt quét vi sai (tiếng Anh: Differential scanning calorimetry,

viết tắt là DSC) là một kỹ thuật phân tích nhiệt được dùng phổ biến trong nghiên

cứu vật lý chất rắn, khoa học vật liệu, các ngành hóa học phân tích, y sinh học,

địa chất... Thuật ngữ "vi sai" chỉ việc xác định sự sai khác giữa nhiệt

độ (hay dòng nhiệt) của mẫu đối với một mẫu chuẩn được đặt trong cùng điều

kiện. Kỹ thuật này lần đầu tiên được phát minh bởi E.S. Watson và M.J. O'Neill

(Perkin Elmer Corp) [31], và được giới thiệu thương phẩm lần đầu tiên tại Hội

nghị Hóa phân tích và Quang phổ Ứng dụng tại Pittsburgh (Hoa Kỳ vào năm

1963. Năm 1964, kỹ thuật này tiếp tục được hoàn thiện với cải tiến phép đo nhiệt

lượng quét vi sai đoạn nhiệt được phát minh bởi P.L. Privalov và D.R.

Monaselidze [32]. DSC là phương pháp phân tích nhiệt mà ở đó độ chênh lệch về

nhiệt độ T giữa hai mẫu chuẩn và mẫu nghiên cứu ln được duy trì bằng khơng,

người ta sẽ xác định entanpy của các quá trình này bằng cách xác định lưu lượng

nhiệt vi sai cần để duy trì mẫu vật liệu và mẫu chuẩn trơ ở cùng nhiệt độ. Nhiệt

độ này thường được lập trình để quét một khoảng nhiệt độ bằng cách tăng tuyến



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



47



TS. HỒNG THỊ THÁI THANH



tính ở một tốc độ định trước. Ta sẽ xác định được năng lượng đó thơng qua tính

diện tích giới hạn bởi đồ thị mà chúng ta thu được.

Nhiệt độ T từ [-1900C −16000C].

Khối lượng mẫu [0,1mg −100mg].

Hệ số giãn nở nhiệt: 0,20 C/cm.

Độ nhạy: 0,01mV/cm.

Về nguyên lý DSC được chia thành loại dòng nhiệt và loại bù năng lượng.



Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý hệ phân tích nhiệt vi sai

DSC làm việc dựa trên nguyên lý do sự thay đổi nhiệt độ và nhiệt

lượng tỏa ra từ mẫu khi bị đốt nóng và so sánh với thông tin từ mẫu chuẩn.

Buồng mẫu gồm hai đĩa cân, một đĩa cân chuẩn không chứa mẫu và làm bằng

vật liệu được chuẩn hóa thơng tin nhiệt. Đĩa cân còn lại chứa mẫu cần phân tích.

Đĩa được đặt trên hệ thống vi cân cho phép cân chính xác khối lượng mẫu, cùng

với hệ thống cảm biên nhiệt độ đặt bên dưới đĩa cân cho phép xác định nhiệt độ

của mẫu. Cả hệ thống này được đặt trong buồng đốt mà tốc độ đốt nhiệt thường

được thay đổi bằng các dòng khí thổi. Từ các cảm biến đo đạc, dòng nhiệt thu

tỏa từ mẫu sẽ được xác định như một hàm của nhiệt độ.