Nghiên cứu ứng dụng của dung môi sinh học để tẩy sơn và mực in

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG………………… Đồ án Nghiên cứu ứng dụng dung môi sinh học để tẩy sơn mực in LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 LỜI CÁM ƠN Trƣớc tiên em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành đến GS.TS Đinh Thị Ngọ ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em làm đồ án Cơ ln tận tình hƣớng dẫn, bảo, quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành tốt cơng việc Em xin cảm ơn thầy cô giáo môn Công nghệ Hữu – Hố dầu trƣờng ĐHDL Hải Phịng ĐH Bách Khoa, ngƣời tận tình giảng dậy cung cấp cho em kiến thức sở để em có tảng kiến thức nghiên cứu tìm hiểu đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn bạn sinh viên ĐH Bách Khoa, ĐH Quy Nhơn, nhóm nghiên cứu khoa học giúp đỡ tơi nhiệt tình thực đồ án Nhân đây, cho phép gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân, bạn bè chia sẻ khó khăn, động viên, giúp đỡ, tạo thêm động lực cho tơi suốt thời gian học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Một lần em xin chân thành cám ơn! Hà Nội,tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Quang Thịnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 MỤC LỤC CHƢƠNG : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT…………………… 1.1GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………………… 1.2 TỔNG QUAN VỀ DUNG MÔI HỮU CƠ………………………… 1.2.1 Khái niệm…………………………………………………………… 1.2.2 Phân loại dung mơi…………………………………………… 1.2.3 Tính chất vật lý dung mơi hữu cơ……………………………… 1.2.4 Tính chất hố học dung mơi…………………………………… 11 1.2.5 Các tiêu đánh giá chất lƣợng dung môi hữu cơ………………… 11 1.3 Một số dung mơi có nguồn gốc từ dầu mỏ thƣờng sử dụng……… 13 1.4 DUNG MÔI SINH HỌC………………………………………… 16 1.4.1 Khái niệm…………………………………………………………… 16 1.4.2 Ƣu nhƣợc điểm dung môi sinh học …………………………… 16 1.4.3 Những ứng dụng triển vọng dung môi sinh học…………… 17 1.4.4 Mục đích thay dung mơi hữu có nguồn gốc dầu mỏ…… 18 1.5 TỔNG HỢP DUNG MÔI SINH HỌC TỪ DẦU THỰC VẬT… 19 1.5.1 Nghiên cứu tổng hợp etyl este……………………………………… 19 1.5.2 Nghiên cứu tổng hợp etyl lactat……………………………………… 29 1.5.3 PHA TRỘN DUNG MÔI SINH HỌC……………………………… 32 1.6 GIỚI THIỆU VỀ BAO BÌ………………………………………… 33 1.6.1 Vật liệu làm bao bì………………………………………………… 33 1.6.2 Các loại nhựa làm bao bì…………………………………… 34 1.7 GIỚI THIỆU VỀ MỰC IN………………………………………… 35 1.7.1 Khái niệm…………………………………………………………… 35 1.7.2 Cấu tạo, phân loại………………………………………………… 35 1.7.3 Cơng thức mực điển hình…………………………………………… 36 1.7.4 Các thông số kỹ thuật mực……………………………………… 37 1.7.3 Cơ chế bám dính mực in lên bao bì…………………………… 37 CHƢƠNG : THỰC NGHIỆM……………………………… 38 2.1 TỔNG HỢP ETYL ESTE……………………………………… 38 2.1.1 Chuẩn bị dầu nguyên liệu………………………………………… 38 2.1.2.Chuẩn bị alcol……………………………………………………… 39 2.1.3 Chuẩn bị xúc tác…………………………………………………… 39 2.1.4 Cách tiến hành tổng hợp etyl este………………………………… 40 2.2 TỔNG HỢP ETYL LACTAT…………………………………… 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 2.3 PHA CHẾ DUNG MÔI…………………………………………… 42 2.3.1 Nguyên tắc pha chế………………………………………………… 42 2.3.2 Phƣơng pháp tiến hành……………………………………………… 42 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG…………… 43 2.4.1 Tỷ trọng…………………………………………………………… 43 2.4.2 Độ nhớt động học…………………………………………………… 43 2.4.3 Điểm chớp cháy cốc kín…………………………………………… 44 2.4.4 Độ bay hơi…………………………………………………………… 45 2.4.5 Đánh giá khả phân hủy sinh học sản phẩm……………… 45 2.4.6 Đánh giá độc tính sinh học sản phẩm………………………… 45 2.4.7 Đánh giá tính ăn mịn……………………………………………… 46 2.4.8 Đánh giá điểm vẩn đục…………………………………………… 46 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………… 47 3.1 TỔNG HỢP ETYL ESTE…………………………………………… 47 3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ETYL LACTAT………………………………………………………… ……… 48 3.2.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol etanol/axit lactic……………………… 48 3.2.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác tới hiệu suất phản ứng……… … 49 3.2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến phản ứng este hóa tạo etyl lactat…… 50 3.2.4 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất phản ứng este hóa tạo etyl lactat ……………………………………………………………………………………51 3.2.5 Đánh giá chất lƣợng etyl lactat tổng hợp …………………… 52 3.3 PHA CHẾ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TẨY SẠCH CỦA DUNG MÔI SINH HỌC……………………………………………………… …… 54 3.3.1 Khảo sát để xác định tỷ lệ thành phần pha trộn để đƣợc dung môi thích hợp……………………………………………………………………… …… 54 3.3.2 Các tiêu dung môi sinh học………………………………… 64 KẾT LUẬN…… ……………………………………………… 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………… 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 CHƢƠNG : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Trái đất vốn hành tinh xanh nhƣng với phát triển ngƣời gây lên nhiều tác hại đến mơi trƣờng hệ sinh thái Do để ngăn chặn ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng hƣớng đến phát triển ổn định lâu dài địi hỏi ngƣời phải khơng ngừng tìm tịi phát triển cơng nghệ thân htiện với mơi trƣờng hơn, giúp giữ gìn mẹ trái đất xanh tƣơi Một thành tựu đƣợc đánh giá có giá trị thực tiễn khoa học cao lĩnh vực hoá học nhà khoa học năm gần nghiên cứu tổng hợp đƣợc dung môi sinh học thành công việc ứng dụng quy mơ cơng nghiệp Dung mơi sinh học có ƣu điểm loại dung mơi gây hại đến sức khỏe mơi trƣờng loại dung môi khác Dung môi sinh học khơng có tính dễ cháy, khơng độc với dạng sống nào, khơng có tính chất gây ung thƣ, khơng có khả tạo sƣơng, hay gây hủy hoại tầng ozone nguồn dinh dƣỡng cho nƣớc tự nhiên Dung mơi sinh học loại đƣợc sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo lại đƣợc Bên cạnh việc tránh yếu tố tiêu cực, dung mơi sinh học cần phải có tính chất vật (hóa) lý hợp lý để vận hành tốt ứng dụng có chủ đích Ngày nay, ngƣời ta đặc biệt ý tới nguy hiểm liên quan tới việc sử dụng dung mơi( dầu khống) có khuynh hƣớng thay loại dung mơi mang nhiều nguy (dầu khoáng), đƣợc sử dụng thời gian dài lý lịch sử, dung mơi nguy hại Ví dụ, benzen, dung mơi có nhiều cơng dụng nhƣng chất gây ung thƣ đƣợc thay dung môi độc (nhƣ toluen, xylen) Dung môi hữu có tác dụng khác tới ngƣời, cối Ảnh hƣởng phụ thuộc vào lƣợng dung mơi thời gian tiếp xúc Trong thời gian tiếp xúc ngắn, lƣợng lớn dung mơi ảnh hƣởng Tuy nhiên, hấp thụ lƣợng nhỏ dung mơi nhƣng thời gian dài gây ảnh hƣởng mãn tính Ảnh hƣởng mãn tính nguy hiểm phát thƣờng q muộn Những dung mơi hữu có khả hấp thụ dễ dàng qua da vào thể bao gồm: anilin, benzen, butyl glycol, nitro toluene, etyl glycol axetat, etyl benzen, isopropyl glycol, cacbon disunfit, methanol, metyl glycol, nitro benzen, isopropyl benzen, dioxin, tetracloro metan, 1,1,2,2-tetracloro etan, dimetyl fomandehit LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguy khác dung môi hữu khả cháy nổ dung môi tạo dạng cháy nổ tạo hỗn hợp gây nổ với khơng khí Hầu hết dung môi hữu chất bắt cháy dễ bắt cháy chúng dễ bay Hỗn hợp dung môi không khí gây nổ Hơi dung mơi hữu nặng khơng khí, chúng lắng xuống phía dƣới di chuyển khoảng cách lớn mà khơng bị pha lỗng ra, khống chế nguy gây cháy nổ sử dụng dung môi khó kiểm sốt Dung mơi có nhiệt độ tự cháy nổ thƣờng 2000C Khi đó, cháy nổ tự diễn khơng khí khơng cần cung cấp thêm nhiệt Một số dung mơi khí cháy tạo chất cực độc nhƣ phosgene dioxin Vì vậy, phải thận trọng dùng dung môi nhiệt độ cao Trên giới, khoảng 20% chất hữu dễ bay thải vào khí có nguồn gốc từ dung mơi Các hợp chất hữu gây hại trực tiếp gián tiếp đến sức khỏe ngƣời môi trƣờng Một vài hợp chất thơm, olefin gây cay mắt Các andehit phá hủy niêm mạc, hợp chất thơm nhƣ benzen, hợp chất thơm đa vịng gây ung thƣ cịn nhiều dung mơi có khả gây ngất hít phải lƣợng nhiều Với môi trƣờng chất hữu dễ bay kết hợp với oxyt nitơ nguyên nhân làm thủng tầng ozon gây hại cho sức khỏe ngƣời, gây hiệu ứng nhà kính Với nhƣợc điểm việc thay dung mơi hữu dung môi sinh học cần thiết Thị trƣờng dung môi giới có xu hƣớng phát triển mạnh Riêng châu âu, năm ngƣời ta sử dụng đến triệu Ở Việt Nam, mức tiêu thụ dung môi tƣơng đối cao phải nhập ngoại hoàn toàn Hiện nay, chuyên gia lĩnh vực chƣa dự đoán đƣợc xu hƣớng ƣu tiên phát triển thị trƣờng dung môi, nhƣng thay đổi có ý nghĩa đƣợc mong đợi phát triển dung môi sinh học điều mở triển vọng ứng dụng sản phẩm có nguồn gốc nông nghiệp lĩnh vực Việc thay dung mơi cơng nghiệp có nguồn gốc hóa thạch dung mơi có nguồn gốc thực vật (dung mơi sinh học) xuất phát từ nhiều lý do, lý nguồn lƣợng hóa thạch dần cạn kiệt, giá dầu thô liên tục tăng, dung môi sinh học không gây ô nhiễm môi trƣờng tổn hại đến sức khỏe ngƣời 1.2 TỔNG QUAN VỀ DUNG MÔI HỮU CƠ 1.2.1 Khái niệm .[3] Dung mơi chất lỏng có khả hịa tan chất rắn, chất lỏng chất khí để tạo thành hỗn hợp phân tán đồng mức phân tử hay ion gọi dung dịch Dung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 môi thông dụng mà gặp hàng ngày nƣớc Dung môi thƣờng dùng có điểm sơi thấp dễ dàng bay hơi.[3] Dung môi môi trƣờng (thƣờng thể lỏng, thể khí) có tính hịa tan chất rắn, lỏng hay khí khác Dung mơi chất phân cực nhƣ nƣớc, cồn, chất không phân cực nhƣ dầu, dung môi hữu Dung môi có độ nhớt khác nhau,hoặc có khả bay dƣới (ở) điều kiện bình thƣờng khác Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể mà ngƣời ta dùng dung mơi thích hợp 1.2.2 Phân loại dung mơi Có nhiều cách phân loại dung môi Thông thƣờng ngƣời ta phân loại theo số cách sau: a Phân loại theo hợp chất hóa học Dựa theo cấu tạo hóa học, dung mơi thông thƣờng thuộc vào loại hợp chất sau: hydrocacbon béo thơm, dẫn xuất clo nitro chúng, ancol, axit cacboxylic, este, amit, nitril, ete, xeton sulfonic Hiện nay, muối nóng chảy đƣợc coi nhóm dung mơi Đối lập với dung mơi hữu cơ, gọi chúng chất nóng chảy phân tử, chất điện ly nóng chảy đƣợc gọi chất lỏng ion dung môi thuận lợi cho phản ứng hóa học hữu cơ, kim loại Chúng môi trƣờng thuận lợi cho phản ứng hữu Nhiệt độ cần thiết để có đƣợc chất nóng chảy hồn tồn khơng bắt buộc phải cao số muối nhƣ tetrahexylamoni benzoate chất lỏng nhiệt độ phòng.[2] b Phân loại theo số vật lý.[1] Những dung môi có nhiệt độ sơi dƣới 1000C 760 mmHg gọi dung mơi có nhiệt độ sơi thấp, cịn với nhiệt độ sôi cao 1500C gọi dung môi có nhiệt độ sơi cao Dựa theo mức độ bay chất lỏng ngƣời ta chia dung môi thành dung môi dễ bay (chỉ số bay nhỏ 10, ta thừa nhận ete 20 0C độ ẩm tƣơng đối 65 5% chất có số bay 1) dung mơi bay trung bình có số bay từ 10 đến 35 dung mơi khó bay có số bay lớn 35 Độ bay không phụ thuộc vào điểm sơi mà cịn phụ thuộc vào nhiệt hóa chất lỏng Dựa theo độ nhớt dung môi, ngƣời ta chia dung môi nhớt (độ nhớt động học < 2cP 200), dung mơi có độ nhớt trung bình (2 – 10 cP) dung mơi có độ nhớt cao (>10 cP) Những dung mơi có phân tử với momen lƣỡng cực vĩnh cửu gọi dung môi không phân cực LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Những dung mơi có số điện mơi cao có tác dụng nhƣ dung mơi phân ly Đơi ngƣời ta cịn gọi dung môi phân cực ngƣợc lại dung mơi có số điện mơi thấp gọi dung mơi khơng phân cực c Phân loại theo tính chất axit-bazơ Axit chất cho proton, bazơ chất nhận proton Khi axit HA hoà tan dung mơi bazơ cân axit-bazơ đƣợc thiết lập d Phân loại theo tương tác trực tiếp với chất tan Theo Packer, chia dung mơi thành dung môi không proton lƣỡng cực proton lƣỡng cực dựa vào tƣơng tác đặc biệt với anion cation Trƣớc hết phải kể đến tính lƣỡng cực khả tạo liên kết hydro Có thể bổ sung thêm vào hai nhóm nhóm thứ ba, nhóm dung mơi không proton phân cực.[3] Những dung môi không proton không phân cực dung mơi có số điện môi thấp (e15) mơ men lƣỡng cực lớn Mặc dù chúng có nguyên tử hydro, nhƣng chúng chất proton để tạo liên kết hydro Những dung môi quan trọng nhóm dimetylfomahit, dimetylaxetamit, dimetylsunfoxit, axeton, nitrometan, axetonitril, nitrobenzene, lƣu huỳnh didoxxit, propylencacbonat, M-metylpirolydon, axit hexametyltriamit phosphoric, tetrametylensunfon e Phân loại theo nguồn gốc dung môi Dựa theo cách phân loại này, dung mơi đƣợc chia thành hai nhóm: dung mơi có nguồn gốc dầu khống dung mơi có nguồn gốc từ thực vật, động vật (hay cịn gọi dung mơi sinh học)… 1.2.3 Tính chất vật lý dung mơi hữu Tính chất vật lý dung môi yếu tố quan trọng lựa chọn dung môi ứng dụng Trƣớc tiên, dung môi phải trạng thái lỏng dƣới áp suất nhiệt độ mà đƣợc sử dụng Các tính chất nhiệt động dung môi nhƣ : mật độ, áp suất bay hơi, nhiệt trị sức căng bề mặt, độ nhớt, khả khếch tán, khả dẫn nhiệt đƣợc quan tâm Tính dẫn điện, tính chất quang học, từ tính momen lƣỡng cực, số điện mơi Ngồi ra, đặc điểm phân tử dung mơi nhƣ: kích thƣớc, bề mặt, thể tích phân tử dung môi đƣợc khảo sát a Sự solvat hố Khi chất tan bị hồ tan vào dung mơi hay hỗn hợp dung mơi lực hấp dẫn phân tử chất tan giảm phân tử dung mơi thâm nhập vào LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 phân tử chất tan cuối tạo thành lớp bao quanh phân tử chất tan Quá trình gọi q trình solvat hóa Kết phân tán phân tử chất tan vào dung môi mức phân tử Độ lớn lực solvat số phân tử dung môi bao quanh phân tử chất tan phục thuộc vào thông số tan, momen lƣỡng cực, liên kết hydro, độ phân cực, kích thƣớc phân tử chất tan dung môi Số phân tử dung môi phức hợp dung môi – chất tan đƣợc xác định độ solvat beta Độ solvat tăng kích thƣớc phân tử dung mơi giảm tăng với tham số tan.[10] b Khả pha lỗng Nếu chất khơng phải dung mơi đƣợc thêm giọt vào dung dịch nitrat xenlulo, nitrat xenlulo kết tủa hình thành dạnh gel Tỷ lệ thể tích chất khơng hồ tan/dung mơi mà chất tan chƣa bị kết tủa gọi tỷ lệ pha loãng Tỷ lệ pha loãng đƣợc xác định dựa vào kinh nghiệm khơng thể đo xác Tính hồ tan hỗn hợp dung mơi đƣợc xác đinh vào toluen butanol (những chất đóng vai trị chất pha lỗng) Tỷ lệ pha lỗng phụ thuộc nhiệt độ Dung mơi có kích thƣớc phân tử nhỏ, khả hoà tan tăng nhiệt độ tăng Tuy nhiên dung mơi có kích thƣớc phân tử lớn trái lại Trong trƣờng hợp khác, tỷ lệ pha lỗng giảm nhiệt độ giảm, ví dụ nhƣ nitrat xenlulo chất butly axetat (hoặc etylglycol, metyl isobutyl xeton) tỷ lệ pha loãng giảm nhiệt độ giảm Lý nitrat xenlulo tạo thành dạng gel tăng nhiệt độ [10] c Ảnh hưởng khối lượng phân tử tới khả hoà tan Khi khối lƣợng phân tử tăng lên, khả hoà tan giảm tăng lên lực tƣơng tác nội phân tử Ví dụ benzen tan hồn tồn etanol, antraxen etanol tan vào phần Axit axetic hồ tan styren nhƣng khơng hồ tan polystyren, vinyl axetat bị hoà tan hydrocacbon bão hoà ete, poly vinyl axetat khơng bị hồ tan Do khối lƣợng phân tử lớn nên polymer liên kết chéo không tan dung môi dù nhiệt độ tăng Tuy nhiên, chúng phồng lên dung môi tuỳ thuộc vào chất mật độ liên kết chéo dung mơi.[1] d Sự hồ tan khả tan Với tỷ lệ hữu hạn, q trình hồ tan lại phụ thuộc vào bề mặt chất tan, độ tinh thể hoá, nhiệt độ tỉ lệ phân tán dung mơi Khe hở trộn lẫn: Một số cặp dung mơi trộn lẫn với dung môi theo tất tỷ lệ nhiệt độ hoà tan giới hạn Khe hở hoà tan xuất lực tƣơng tác nội phân tử, phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ Trong hỗn hợp trietylamin – nƣớc, liên kết hydro N…H – O yếu Ở nhiệt độ 170C, liên kết hydro bị phá huỷ hồ tan khơng xảy Chỉ nhiệt độ dƣới 19,50C hexan nitrobenzen bị hoà tan hoàn toàn.[1] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 e Khả bay dung môi Dung môi đƣợc phân loại theo nhiệt độ sôi nó: - Dung mơi có nhiệt độ sơi thấp : nhỏ 1000C - Dung mơi có nhiệt độ sơi trung bình : 100 - 1500C - Dung mơi có nhiệt độ sôi cao : lớn 1500C Tỷ lệ bay dung môi phụ thuộc vào yếu tố sau: - Áp suất bay nhiệt độ làm việc - Nhiệt cung cấp - Độ liên kết phân tử - Sức căng bề mặt - Khối lƣợng phân tử dung mơi - Sự chảy rối khí - Độ ẩm khơng khí Trong thực tế thời gian bay dung môi định đƣợc xác định cách so sánh với thời gian bay dietyl este điều kiện thí nghiệm.[1] f Tính hút ẩm Một số dung mơi đặc biệt (dung mơi có chứa nhóm hydroxyl) chất hút ẩm, chúng hấp thụ ẩm khơng khí đến mức đạt đƣợc cân Lƣợng nƣớc hấp thu đƣợc phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm khơng khí Glycol ete rƣợu chất có tính hút ẩm mạnh g Tỷ trọng độ khúc xạ Nhiệt độ sôi, tỷ trọng số khúc xạ đƣợc dùng để đánh giá độ tinh khiết dung môi Ngƣời ta thƣờng xác định tỷ trọng dung môi 200C liên hệ với tỷ trọng nƣớc 40C Tỷ trọng hầu hết dung môi giảm tăng nhiệt độ h Độ nhớt sức căng bề mặt Độ nhớt dãy đồng đẳng dung môi tăng phân tử lƣợng tăng Dung môi mà phân tử chứa nhóm hydroxyl có độ nhớt cao có liên kết hydro Độ nhớt dung mơi có ảnh hƣởng lớn tới độ nhớt dung dịch Độ nhớt giảm tăng nhiệt độ Sức căng bề mặt dung mơi liên quan tới mật độ lƣợng kết dính áp suất nội chất lỏng i Mật độ Mật độ khối lƣợng dung mơi m3 thể tích khơng khí điều kiện cân 101,3 kPa Mật độ tƣơng ứng với lƣợng dung mơi khơng khí trạng thái bão hoà phụ thuộc vào nhiệt độ Mật độ tƣơng đối DS đƣợc tính theo cơng thức sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Hình 3.7 Sắc kí đồ sản phẩm etyl lactat điều chế Dựa vào sắc kí đồ hình 3.7 sản phẩm điều chế so sánh với mẫu chuẩn Ta thấy pic ứng với thời gian lƣu t = 5,386 etyl lactat chiếm 97,15% hỗn hợp sản phẩm Có xuất hai sản phẩm lạ với hàm lƣợng ít, ứng với thời gian lƣu t = 2,185 t = 10,679 Nhƣ kết cho thấy etyl lactat điều chế đƣợc có độ tinh khiết cao 3.3 PHA CHẾ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TẨY SẠCH CỦA DUNG MÔI SINH HỌC Từ tiền chất tổng hợp đƣợc etyl este etyl lactat, chế tạo dung môi sinh học cách phối trộn từ từ thành phần phụ gia Để tìm thành phần tối ƣu cho hỗn hợp tẩy sơn, thử nghiệm mẫu sơn khơ mẫu mực in bao bì rút tỷ lệ hợp lý 3.3.1 Khảo sát để xác định tỷ lệ thành phần pha trộn để đƣợc dung mơi thích hợp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 a Khả tẩy sơn bề mặt kim loại: * Xác định tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả tẩy sơn Bảng 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả tẩy sơn Mẫu Etyl este (ml) Etyl lactat (ml) Hiệu suất tẩy sơn (%) 100 95 90 85 80 50 30 10 15 20 50 70 20 45 70 87 82 72 60 100 46 Hình 3.8 Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả tẩy sơn Mẫu với tỷ lệ etyl este/etyl lactat 85/15 có khả tẩy sơn bề mặt kim loại tốt Etyl este hòa tan tốt chất có phân tử lƣợng lớn sơn Etyl lactat hịa tan tốt chất nhựa Vì vậy, dung mơi phá vỡ liên kết sơn với bề mặt kim loại tẩy bề mặt kim loại Tuy nhiên hiệu suất tẩy sơn chƣa đạt tối đa, nên chúng tơi tiến hành nghiên cứu tìm phụ gia cho trình tẩy bề mặt kim loại * Xác định lượng PG1 thích hợp để tạo dung mơi tẩy sơn Pha thêm phụ gia (PG1) vào mẫu 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 So sánh khả tẩy sơn dung môi pha thêm phụ gia để lựa chọn tỷ lệ tối ƣu pha vào dung mơi Bảng 3.7 Xác định lượng PG1 thích hợp để tạo dung môi tẩy sơn Mẫu Etyl este, (ml) 85 15 Hiệu suất tẩy sơn (%) 88 85 15 90 85 15 10 95 85 15 12 92 85 15 15 89 Etyl lactat, (ml) PG1, (ml) Hình 3.9 Xác định lượng PG1 thích hợp để tạo dung mơi tẩy sơn Từ đồ thị hình 3.9 cho thấy, cho 10%V phụ gia I (là loại chất hoạt động bề mặt) vào dung môi, hiệu suất tẩy sơn tăng từ 87% lên 95% Điều giải thích nhƣ sau: Trong thành phần nhựa alkyd có màng sơn có dầu thảo mộc (chứa axit béo đơn chức) biến tính Các axit béo có chứa liên kết đôi nhƣ axit oleic, axit linoleic, axit linolenic… Khi dầu thảo mộc biến tính q trình sử dụng tiếp xúc với oxi khơng khí tạo liên kết oxi liên phân tử axit béo với làm cho màng sơn ngày rắn Phản ứng xảy nhƣ sau: + Oxi khơng khí có hai cách kết hợp với liên kết đôi axit béo: CH CH CH2 CH CH + O2 + O2 C C O O (a) CH CH CH O (b) OH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 + Hình thành liên kết oxi liên phân tử: C C O O + CH CH CH2 CH (c) O O CH CH Liên kết oxi liên phân tử nhiều màng sơn rắn chắc, chịu mài mòn tốt Phụ gia I chất hoạt động bề mặt có tính axit, đóng vai trị quan trọng việc phá vỡ liên kết oxy liên phân tử (phân tử c) Khi liên kết oxy liên phân tử bị phá vỡ, etyl este etyl lactat hịa tan thành phần dầu thảo mộc Do làm tăng hiệu tẩy sơn lên 95% Khi tăng thêm lƣợng phụ gia I hiệu suất trình tẩy giảm, điều đƣợc giải thích nhƣ sau: tăng phần trăm lƣợng phụ gia I vào dung môi làm giảm phần trăm etyl este etyl lactat dẫn đến hiệu suất tẩy hai thành phần giảm Nhƣ vậy, phụ gia I chƣa thể hòa tan hết phần sơn lại Qua q trình thực nghiệm quan sát thấy thấy cịn sót lƣợng sơn mềm nhƣng cịn bám dính lên bề mặt mẫu cần tìm thêm phụ gia có chức mạnh để tẩy lƣợng sơn * Xác định lượng phụ gia II Thêm phụ gia II PG2 vào mẫu thêm phụ gia I Bảng 3.8 Xác định lượng phụ gia II Mẫu Etyl lactat, (ml) 15 PG1, (ml) PG2, (ml) Etyl este, (ml) 85 10 Hiệu suất tẩy sơn (%) 96 85 15 10 98 85 15 10 99 85 15 10 97 85 15 10 10 96 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Hình 3.10 Xác định lượng phụ gia II Để có hiệu hịa tan cao, tiếp tục thêm vào thành phần phụ gia II Kết đƣợc thể hình 3.10 Khi cho thêm phụ gia II (chất hoạt động bề mặt có hoạt tính độ phân cực cao), hiệu suất tẩy sơn đạt tới 99% , điều có đƣợc phụ gia II loại chất hoạt động bề mặt có hoạt tính cao (đƣợc gọi siêu hoạt tính), phụ gia có tác dụng trợ giúp làm tan thành phần nhựa trƣơng nở nhƣng cịn bám dính chặt bề mặt mẫu sơn Lƣợng tối ƣu phụ gia II 6ml Tuy nhiên khoảng 1% sơn chƣa đƣợc tẩy hết phần nhỏ sơn vào khuyết tật bề mặt kim loại mà dung mơi chƣa tẩy đƣợc Do cần tăng thời gian ngâm mẫu để dung mơi thấm sâu tẩy lƣợng sơn * Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất tẩy sơn: Kết hình 3.11 chứng tỏ rằng, thời gian ngâm mẫu dài hiệu tẩy sơn cao Từ 2h trở lên hiệu tẩy sơn không tăng đƣợc Chọn thời gian tẩy 2h hợp lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất tẩy sơn Từ kết khảo sát trên, đƣa thành phần tối ƣu dung môi sinh học (ứng dụng tẩy sơn theo phƣơng pháp ngâm mẫu) tổng hợp đƣợc nhƣ bảng 3.9 Khi lƣợng sơn bề mặt đƣợc loại bỏ hầu nhƣ hoàn toàn 100% Lƣợng chất phụ gia đƣợc chuyển đổi sang % nhƣ bảng 3.9 Bảng 3.9 Thành phần dung môi sinh học để tẩy sơn Đơn vị Ml Etyl este 85 Etyl lactat 15 Phụ gia I 10 Phụ gia II %V 73.3 12.9 8.6 5.2 *Ảnh hưởng nhiệt độ: Bảng 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ, (oC) 30 35 40 45 50 Mẫu Hiệu suất tẩy sơn (%) 90 95 99 96 95 100 99 Hiệu suất tẩy sơn ( %) 98 97 96 95 94 93 92 91 90 Nhiệt độ ( Độ C) Hình 3.12 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất tẩy sơn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Khi tăng nhiệt độ tăng độ tẩy trắng Vì làm tăng tính hoạt động dung mơi Nhiệt độ tối ƣu 40 0C Nếu tiếp tục tăng làm giảm khả tẩy dung mơi, nhiệt độ cao làm dung môi bay dẫn đến mát thay đổi thành phần dung môi b Khả tẩy mực in bao bì: Để đánh giá tính đa dung mơi sinh học, tiến hành tẩy mực in bao bì sau đo độ trắng mẫu cần tẩy, gọi chung ―độ tẩy sạch‖ * Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả tẩy mực in Bảng 3.11 Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả tẩy mực in Mẫu Etyl este ( ml ) 100 90 85 80 75 70 Etyl lactat ( ml) 10 15 20 25 30 100 Độ tẩy (%) 50 60 80 70 50 40 30 Hình 3.13 Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat tới khả tẩy mực in Qua hình 3.13 ta thấy: Khi tăng nồng độ etyl lactat độ trắng tăng Tuy nhiên giảm nồng độ etyl este ảnh hƣởng đến khả tẩy trắng Ƣu điểm etyl este hòa tan tốt chất dầu mực in Nhƣợc điểm etyl este bay chậm, để lại màng bề mặt Nên không sử dụng etyl este nguyên chất làm dung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 mơi Cịn etyl lactat hòa tan tốt hạt tạo màu, cặn nhựa Nhƣng nhƣợc điểm bay nhanh Vì khơng pha mẫu có hàm lƣợng etyl lactat q nhiều để tránh bay làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng dung môi Mẫu tẩy trắng tốt theo bảng 3.11 Mặc dù hoạt tính tẩy dung môi sinh học đạt cao (độ tẩy đạt 80%) nhƣng 20% mực in bao bì chƣa tẩy đƣợc Vậy cần nghiên cứu pha thêm phụ gia để tẩy phần mực in lại * Xác định lượng PG4 thích hợp Pha thêm phụ gia PG4 Giữ nguyên tỷ lệ etyl este/etyl lactat PG4 chất hoạt động bề mặt Pha vào dung môi làm tăng độ tẩy trắng dung môi Bảng 3.12 Xác định lượng PG4 thích hợp để tạo dung môi tẩy mực in Mẫu Etyl este ( ml) Etyl lactat ( ml) PG4 (ml) Độ tẩy (%) 85 15 70 85 15 75 85 15 85 85 15 80 85 15 4.5 75 Hình 3.14 Xác định lượng PG4 thích hợp để tạo dung mơi tẩy mực in Từ ta thấy: Sau cho thêm phụ gia PG4 vào, ta thấy khả tẩy trắng dung môi tăng lên Nhờ PG4 chất hoạt động bề mặt lên làm tăng tính tẩy dung mơi chất hoạt động bề mặt có tác dụng lôi kéo hạt màu chất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 liên kết khỏi bề mặt bao bì, làm tăng khả tẩy trắng dung môi Tuy nhiên khả tẩy trắng dung mơi cịn chƣa đạt 100% Nên cần thử nghiệm, pha thêm phụ gia khác * Xác định lượng PG5 thích hợp để tạo dung mơi tẩy mực in Pha thêm phụ gia ( PG5) vào mẫu So sánh khả tẩy trắng dung môi pha thêm phụ gia khác để lựa chọn phụ gia tối ƣu để pha vào dung môi Bảng 3.13: Xác định lượng PG5 thích hợp để tạo dung mơi tẩy mực in Mẫu Etyl este (ml) Etyl lactat (ml) PG4 (ml) PG5 (ml) Độ tẩy (%) 85 15 1,5 80 85 15 2,3 90 85 15 3,0 85 85 15 3,8 83 85 15 4,5 81 Hình 3.15: Xác định lượng PG5 thích hợp để tạo dung mơi tẩy mực in So sánh với phụ gia trên, phụ gia PG5 làm tăng mạnh khả tẩy trắng dung mơi Bởi PG5 chất siêu hoạt động bề mặt, có khả lơi kéo chất màu tốt, làm đứt mạnh liên kết với bao bì Theo bảng 3.13 hình 3.15 lƣợng phụ gia tăng khả tẩy trắng dung môi tăng, mẫu với 2,3ml PG5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 tối ƣu độ tẩy đạt 90% Tiếp tục tăng lƣợng PG5 lên độ tẩy lại giảm xuống phụ gia có tác dụng hỗ trợ thành phần chính, cho nhiều chúng ảnh hƣởng đến lƣợng tác dụng thành phần dẫn đến làm giảm khả tẩy trắng dung môi * Xác định lượng dung mơi cầu Khi thí nghiệm thấy các tiền chất để pha dung môi tan vào nhau, nhiên sau thời gian chúng bị tách lớp Vì cần cho thêm phụ gia làm tăng khả hòa tan chúng Chọn PG6 dung mơi cầu, làm tăng khả hòa tan với chất có dung mơi Bổ sung thêm dung môi cầu PG6 vào mẫu đạt hiệu tẩy cao Bảng 3.14 Xác định lượng dung môi cầu Mẫu Etyl este, (ml) Etyl lactat, (ml) PG4, (ml) PG5, (ml) PG6, (ml) Độ tẩy sạch, (%) 85 15 2.3 93 85 15 2.3 1.5 95 85 15 2.3 99 85 15 2.3 2.5 94 85 15 2.3 90 Hình 3.16 Xác định lượng dung mơi cầu Dựa bảng 3.14 hình 3.16, mẫu mẫu có khả tẩy trắng tốt Tính tẩy dung môi tăng lên cho thêm dung mơi cầu Bởi thêm dung mơi cầu, tiền chất tạo thành dung mơi hịa tan hồn toàn vào nhau, tạo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 thành dung dịch đồng Thành phần chất đồng tất vị trí dung môi, làm tăng khả tẩy rửa dung môi Khả tẩy dung môi tốt, đạt gần 100% Bảng 3.15 Thành phần dung môi sinh học để tẩy mực in Đơn vị Etyl este Etyl lactat Phụ gia I Phụ gia II 2.3 Phụ gia III Ml 85 15 %V 79.2 14.0 2.8 2.1 1.9 3.3.2 Các tiêu dung môi sinh học Bảng 3.15 Các tiêu dung môi sinh học pha chế: Từ số liệu bảng ta thấy dung mơi sinh học tổng hợp đƣợc có độ nhớt tƣơng đƣơng dung mơi khống Ngồi nhiệt độ chớp cháy cao tức khả chống cháy nổ cao Tỷ lệ bay 24h thấp cho thấy khả mát bay thấp Điều làm tăng giá trị kinh tế giảm ô nhiễm môi trƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 KẾT LUẬN Sau thời gian làm đồ án, dƣới bảo tận tình GS.TS Đinh Thị Ngọ, tơi hồn thành đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng dung môi sinh học để tẩy sơn mực in” với phần nhƣ sau: 1.Tổng hợp etyl este từ mỡ cá.Thơng số tối ƣu cho q trình nhƣ sau: Tỷ lệ etanol/mỡ cá : 12/1, hàm lƣợng xúc tác: 5g xúc tác/100g mỡ cá, nhiệt độ phản ứng: 75 o C, thời gian phản ứng: h Đã tổng hợp đƣợc etyl lactat Quá trình tổng hợp etyl lactat qua giai đoạn: Giai đoạn 1: Với thông số tối ƣu 100ml dung dịch axit lactic 88%, 284 ml etanol, 1.2ml axit sunfuric đậm đặc 98% , trì nhiệt độ phản ứng 75oC Giai đoạn 2: Sản phẩm phản ứng thu đƣợc giai đoạn đem chƣng, ta thu đƣợc etyl lactat nhiệt độ 151- 1550C Đã nghiên cứu pha chế thành công dung môi sinh học thân thiện với mơi trƣờng, có khả phân hủy sinh học cao đặc biệt có khả tẩy sơn mực in gần đạt 100% với thành phần etyl este tổng hợp từ dầu mỡ động thực vật, etyl lactat kết hợp với phụ gia cần thiết Thành phần dung môi sinh học tối ƣu để tẩy sơn : 73.3% etyl este, 12.9% etyl lactat, 8.6% phụ gia I, 5.2% phụ gia II Thành phần dung môi sinh học tối ƣu để tẩy mực in : 79.2% etyl este, 14% etyl lactat, 2.8% phụ gia IV, 2.1% phụ gia V, 1.9% phụ gia VI LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS TS Đinh Thị Ngọ, TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng - Nhiên liệu q trình xử lý hóa dầu – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2008 [2] GS TS Đinh Thị Ngọ - Hóa học dầu mỏ khí – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2005 [3] Chistian Reicherdt – Ngƣời dịch Đoàn Duy Lực – Dung mơi hóa học hữu – Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội – 1963 [4] Kiều Đình Kiểm – Các sản phẩm dầu mỏ hóa dầu – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2000 [5] Tập thể tác giả - Nghiên cứu công nghệ sản xuất số dung môi công nghiệp có nguồn gốc thực vật, ứng dụng lĩnh vực sơn, in, nhựa đƣờng, tẩy dầu mỡ cho kim loại xử lý chất thải cơng nghiệp – Viện hóa học công nghiệp – 2006 [6] Nguyễn Thị Thanh, Dƣơng Văn Tuệ, Vũ Đào Thắng, Hồ Cơng Xinh, Hồng Trọng Yêm – Hóa học hữu Tập – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 1999 [8] GS TSKH Nguyễn Minh Tuyển – Quy Hoạch thực nghiệm – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2000 [9] Louis Hồ Tấn Tài – Các sản phẩm tẩy rửa chăm sóc cá nhân – Dunod [10] Handbook of organic solvent properties [11] Yizhak Marcus – The properties of solvents – Wiley 1999 [12] W Herbst, K Hunger – Paints coatings and solvents – Wiley 1997 [13] Georges Martino – Gauchil – Continuous method for preparing ethyl lactate – United States patent application publication – 2007 [14] Parick Fuertes Method for preparing a lactic acid ester composition and use thereof as solvent - United States patent application publication – 2003 [15] James E Opre – Environmentally friendly ink cheaning preparing United States patent application publication – 2001 [16] John Burke – Solubility parameter theory and application – American statute for conservation – 1984 [17].J.A Kinats – production of biodiesel frommultiple freedstocks and properties of biodiesel and biodiesel/diesel blend: finel report – NREL – 2003 [18].Hideki Fukuda – Review biodiesel fuel production by transferring oils – Biosci Bioeng – 2001 [19] William Nelson - Green Solvents for Chemistry: Perspectives and Practice - Oxford University Press, USA – 2003 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 [20] Mike Lancaster - Green Chemistry - Royal Society of Chemistry – 2002 [21].www.vinpas.vn/Default.aspx?pageid=1&mid=19&breadcrumb=84&intSetItemId =84&action=docdetailview&intDocId=410 [22] www.omnitechintl.com/pdf/Solvents%20-%20MOS.pdf [23] http://vi.wikipedia.org/wiki/Wiki [24] Ullmann's Encyclopedia Of Industrial Chemistry 7th edition Release, John Wiley & Sons, Inc, (2010) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ... Những ứng dụng triển vọng dung môi sinh học Hiện nay, dung môi sinh học đƣợc ứng dụng nhiều ngành công nghiệp sống Những ứng dụng tiêu biểu dung môi sinh học là: a Ứng dụng ngành sơn Dung môi sinh. .. Dung mơi sinh học có nhiều ƣu điểm nên ngày ngƣời ta nghiên cứu tổng hợp dung môi sinh học - Dung môi sinh học không độc hại tới sức khoẻ ngƣời Đây ƣu điểm lớn dung môi sinh học Khi sử dụng dung. .. hạt đá tốt d Ứng dụng tẩy rửa bề mặt công nghiệp Trong số dung môi sinh học đƣợc nghiên cứu, dung môi sở metyl este dầu thực vật có ứng dụng tẩy mực in, tẩy sơn rửa súng phun sơn, tẩy dầu mỡ nhựa