LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NHỰA POLYCAPROLACTONE

MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................i DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................vi DANH MỤC BẢNG ..........................................................................................................ix DANH MỤC VIẾT TẮT..................................................................................................xii TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................. xiii CHƯƠNG: MỞ ĐẦU.......................................................................................................xv Đặt vấn đề....................................................................................................................xv Tình hình nghiên cứu trên thế giới .........................................................................xvii Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................................... xviii Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.................................................................................... xviii Tính cấp thiết và tính mới ...................................................................................... xviii Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................................xix Đối tượng nghiên cứu................................................................................................xix Nội dung nghiên cứu .................................................................................................xix Phạm vi nghiên cứu....................................................................................................xx CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..........................................................................................1 1.1. Tổng quan về nhựa phân hủy sinh học ...................................................................1 1.1.1. Giới thiệu về nhựa phân hủy sinh học..............................................................1 1.1.2. Lịch sử phát triển của nhựa phân hủy sinh học................................................1 1.1.3. Cơ chế phân hủy sinh học ................................................................................3 1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học ..................................5 1.1.5. Phân loại nhựa phân hủy sinh học....................................................................6 SVTH: Vũ Thị Ngọc Hiếu i Nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone GVHD: PGS.TS. Huỳnh Đại Phú 1.1.6. Ưu và nhược điểm của nhựa phân hủy sinh học..............................................7 1.1.7. Ứng dụng của nhựa phân hủy sinh học............................................................8 1.1.8. Một số loại nhựa phân hủy sinh học phổ biến ...............................................10 1.1.8.1. 1.1.8.2. 1.1.8.3. 1.1.8.4. 1.1.8.5. 1.1.8.6. Polylactice acid (PLA) ............................................................................10 Polyhydroxyalkanoates (PHA) ................................................................ 11 Poly caprolactone ....................................................................................12 Polyglycolide (PGA) ............................................................................... 12 Poly(butylene succinate) .........................................................................13 Polydioxanone ......................................................................................... 14 1.2. Nhựa 1.2.1. Giới thiệu về nhựa polycaprolactone .............................................................14 1.2.2. Lịch sử phát triển của polycaprolactone ........................................................15 1.2.3. Tính chất của nhựa polycaprolactone ............................................................16 1.2.4. Ứng dụng của nhựa polycaprolactone............................................................17 1.2.4.1. Ứng dụng trong y học..............................................................................17 1.2.4.2. Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác.....................................................20 1.3. Trùng hợp mở vòng của polyester ........................................................................20 1.3.1. Trùng hợp mở vòng cation.............................................................................22 1.3.2. Trùng hợp mở vòng anion..............................................................................23 1.3.3. Trùng hợp mở vòng chèn-phối trí ..................................................................24 1.4. Cơ chế các chất xúc tác mở vòng ε-caprolactone của Stannous 2-ethylhexanoate (Thiếc Octoate-Sn(Oct)2) ................................................................................................24 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến trọng lượng phân tử....................................................26 SVTH: Vũ Thị Ngọc Hiếu ii Polycaprolactone.........................................................................................14 Nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone GVHD: PGS.TS. Huỳnh Đại Phú CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM...................................................................................28 2.1. Nội dung thực nghiệm .......................................................................................... 28 2.2. Nguyên liệu chính.................................................................................................29 2.3. Dụng cụ và thiết bị sử dụng ..................................................................................31 2.3.1. Các dụng cụ sử dụng trong quá trình thí nghiệm...........................................31 2.3.2. Các thiết bị sử dụng trong quá trình thí nghiệm ............................................33 2.4. Quy trình thực nghiệm..........................................................................................35 2.4.1. Nghiên cứu tổng hợp PCL mạch thẳng, xúc tác Sn(Oct)2 .............................35 2.4.2. Nghiên cứu tổng hợp PCL mạch sao, xúc tác Sn(Oct)2 .................................38 2.5. Phương pháp phân tích và đánh giá......................................................................42 2.5.1. Phương pháp đo độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald............................................42 2.5.1.1. 2.5.1.2. 2.5.1.3. Cơ sở lý thuyết về độ nhớt ......................................................................42 Phương pháp đo độ nhớt xác định trọng lượng phân tử của polymer.....43 Đo độ nhớt bằng ống mao quản thủy tinh (nhớt kế Ostwald).................45 2.5.2. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại FT-IR..............................................47 2.5.3. Phương pháp phân tích sắc ký gel GPC.........................................................48 2.5.4. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR.....................49 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................................51 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và xúc tác đến phản ứng tổng hợp polycaprolactone (PCL) mạch thẳng, xúc tác Sn(Oct)2- PCL-DEG-PCL ......................51 3.1.1. Tính toán nguyên liệu sử dụng trong thí nghiệm nghiên cứu tổng hợp PCL mạch thẳng, xúc tác Sn(Oct)2 – PCL-DEG-PCL.........................................................51 3.1.2. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử và độ đa phân tán của PCL-DEG- PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 140 °C theo thời gian phản ứng ....................................53 SVTH: Vũ Thị Ngọc Hiếu iii Nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone GVHD: PGS.TS. Huỳnh Đại Phú 3.1.3. Mối quan hệ giữa độ nhớt nội tại và trọng lượng phân tử của PCL-DEG-PCL theo thời gian phản ứng ...............................................................................................57 Tiến hành đo độ nhớt theo thời gian của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, thực hiện phản ứng ở 140°C..................................................................58 3.1.4. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 150 °C theo thời gian phản ứng....................................................................64 3.1.5. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 160 °C theo thời gian phản ứng....................................................................69 3.1.6. So sánh sự thay đổi trọng lượng phân tử nhớt của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2 theo thời gian phản ứng ở những nhiệt độ khác nhau.............................73 3.1.7. Đánh giá cấu trúc của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160°C bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại FT-IR ........................................76 3.1.8. Đánh giá cấu trúc phân tử của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160°C bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR...........................................78 3.1.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác và sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-DEG- PCL, 0.4% xúc tác Sn(Oct)2, nhiệt độ phản ứng 160°C...............................................83 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và xúc tác đến phản ứng tổng hợp PCL mạch sao, xúc tác Sn(Oct)2- PCL-4-star...................................................................................88 3.2.1. Tính toán nguyên liệu sử dụng trong thí nghiệm nghiên cứu tổng hợp PCL mạch sao, xúc tác Sn(Oct)2-PCL-4-star.......................................................................89 3.2.2. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử theo thời gian phản ứng của PCL-4- star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 140 °C .............................................................................91 3.2.3. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 150 °C theo thời gian phản ứng....................................................................95 SVTH: Vũ Thị Ngọc Hiếu iv Nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone GVHD: PGS.TS. Huỳnh Đại Phú 3.2.4. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử và độ đa phân tán của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 160°C theo thời gian phản ứng...............................................99 3.2.5. So sánh sự thay đổi trọng lượng phân tử nhớt của PCL-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2 theo thời gian phản ứng ở những nhiệt độ khác nhau.................................103 3.2.6. Đánh giá cấu trúc phân tử của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160°C bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại FT-IR ......................................106 3.2.7. Đánh giá cấu trúc phân tử của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160°C bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ...................................................109 3.2.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác và sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-4- star, 0.4% xúc tác Sn(Oct)2, ở nhiệt độ phản ứng 160°C...........................................113 3.3. So sánh hiệu quả trọng lượng phân tử đạt được của PCL mạch thẳng (PCL-DEG- PCL) và mạch sao (PCL-4-star) được tổng hợp ở cùng điều kiện phản ứng................119 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................123 4.1. Kết luận...............................................................................................................123 4.2. Kiến nghị.............................................................................................................125 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................126 PHỤ LỤC .