LỜI CẢM ƠN Đề tài này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa Học, Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, chúng em xin chân thành cảm ơn TS Lê T[.]
LỜI CẢM ƠN Đề tài hoàn thành phịng thí nghiệm Hóa Học, Khoa Cơng nghệ Hóa, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, chúng em xin chân thành cảm ơn TS Lê Thế Hoài – Giảng viên Khoa Cơng nghệ hóa, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội giao đề tài tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khoa học Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy, giáo Khoa Cơng nghệ Hóa, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội tận tình giúp đỡ động viên chúng em suốt trình làm thực nghiệm Khoa Thơng qua nhóm nghiên cứu chúng em hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học cách tốt Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên suốt thời gian qua Hà Nội, tháng năm 2020 Thay mặt nhóm nghiên cứu Sinh viên MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .7 1.1 Poli vinyl ancol 1.1.1 Tính chất vật lý điều chế .7 1.1.2 Ứng dụng 1.2 Vi sợi xenlulozơ 1.2.1 Cấu tạo tính chất 1.2.2 Ứng dụng 1.3 Vật liệu nanocomposite 10 1.3.1 Vật liệu composite 10 1.3.2 Vật liệu nanocomposite 10 1.3.3 Vật liệu polyme nanocomposite 12 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 13 2.1 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị 13 2.1.1 Nguyên liệu, hóa chất .13 2.1.2 Thiết bị 13 2.2 Quy trình thực nghiệm 13 2.2.1 Quy trình thực nghiệm chế tạo vi sợi xenlulozơ .13 2.2.2 Quy trình thực nghiệm chế tạo màng nanocomposite sinh học sở nhựa PVA có sử dụng vi sợi xenlulozơ từ giấy phế thải 16 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 16 2.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét .16 2.3.2 Phương pháp đo phổ hồng ngoại .16 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18 3.1 Kết xử lý giấy phế thải .18 3.2 Kết phân tán bột giấy có kích thước phù hợp vào nhựa PVA 19 3.3 Phổ IR nguyên liệu đầu sản phẩm màng .22 3.4 Kết khảo sát hình thái cấu trúc màng 24 KẾT LUẬN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 PHỤ LỤC 29 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT KÝ HIỆU TÊN, Ý nghĩa PVA Poly vinyl ancol FT-IR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier SEM Chụp ảnh hiển vi điện tử quét DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 PVA trạng thái rắn Hình 1.2 Vật liệu nanocomposite 11 Hình 2.1 Kết xử lý giấy dung dịch NaOH 15% 14 Hình 2.2 Kết tẩy trắng bột giấy dung dịch H 2O2 10%, 20% 30% 15 Hình 2.3 Bột giấy thu sau bước 15 Hình 3.1 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/5% xenlulo (dung môi nước) 19 Hình 3.2 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/10% xenlulo (dung môi nước) 19 Hình 3.3 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/15% xenlulo (dung mơi nước) 20 Hình 3.4 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/20% xenlulo (dung môi nước) 20 Hình 3.5 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/5% xenlulo (dung môi rượu nước 1:1 thể tích) 20 Hình 3.6 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/10% xenlulo (dung mơi rượu nước 1:1 thể tích) 21 Hình 3.7 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/15% xenlulo (dung mơi rượu nước 1:1 thể tích) 21 Hình 3.8 Hình ảnh bề ngồi màng polime composite PVA/20% xenlulo (dung môi rượu nước 1:1 thể tích) 21 Hình 3.9 Phổ hồng ngoại bột giấy .22 Hình 3.10 Phổ hồng ngoại PVA 23 Hình 3.11 Phổ hồng ngoại PVA/xenlulo 5% 24 Hình 3.12 Ảnh SEM PVA/xenlulo 5% 25 MỞ ĐẦU Vi sợi xenlulozơ có tính chất độc đáo độ tinh khiết cao, độ bền học lớn và khả tương hợp sinh học mạnh mẽ [2] Với ưu điểm với khả phân huỷ sinh học, vi sợi xenlulozơ đánh giá chất gia cường đầy hứa hẹn cho vật liệu composit ứng dụng nhiều lĩnh vực giấy, dệt may, công nghiệp thực phẩm y học Poly vinyl ancol (PVA) loại polyme tổng hợp (sản phẩm thuỷ phân poly vinyl axetat) [1] có khả phân huỷ sinh học sử dụng làm polyme cho nhiều vật liệu tinh bột, collagen dịch đậu nành Sự kết hợp vi sợi xenlulozơ PVA tạo loại vật liệu tổng hợp với tính ưu việt Trên sở chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo màng nanocomposite sinh học sở nhựa PVA có sử dụng vi sợi xenlulo từ giấy phế thải” CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Poli vinyl ancol 1.1.1 Tính chất vật lý điều chế Hình 1.1 PVA trạng thái rắn Ở nhiệt độ thường PVA chất rắn vơ định hình, màu trắng, đun nóng PVA bị mềm hóa, kéo dài cao su kết tinh PVA có cơng thức [-CH2-CH(OH)-]n, khơng mùi, nhiệt độ sôi 200ºC, không độc hại với sức khỏe người PVA hòa tan dung môi phân cực nước, dimethyl sunfat, glycol,… PVA thủy phân hồn tồn hịa tan hồn tồn nước sơi, PVA thủy phân phần hòa tan nhiệt độ phòng, PVA thủy phân 70-80% hịa tan nhiệt độ 10-40 oC Khả hòa tan PVA phụ thuộc vào độ thủy phân, độ trùng hợp nhiệt độ Nhóm hydroxyl làm tăng liên kết nội ngoại phân tử làm giảm tính hịa tan nước PVA, nhóm axetat dư làm giảm liên kết hydro dẫn đến khả hòa tan nhiệt độ thấp PVA Poly vinyl ancol (PVA) tổng hợp từ trình thủy phân poly vinyl axetat 1.1.2 Ứng dụng PVA dễ tạo màng, chịu dầu mỡ dung môi, độ bền kéo cao, chất lượng kết dính tuyệt vời có khả hoạt động tác nhân phân tán ổn định PVA hóa chất cơng nghiệp phổ biến Màng lớp phủ PVA không cần chu kỳ đóng rắn, tạo màng dễ dàng xảy cách cho nước bay khỏi dung dịch So với loại nhựa khác, độ bền kéo PVA cao Độ bền kéo màng PVA phụ thuộc vào phần trăm thủy phân, độ trùng hợp, hàm lượng chất hóa dẻo độ ẩm PVA sử dụng làm keo dán giấy, dán gỗ đồ gia dụng khác, ngồi PVA cịn ngun liệu cho công nghiệp sản xuất sơn 1.2 Vi sợi xenlulozơ 1.2.1 Cấu tạo tính chất Xenlulozơ thành phần tạo nên mô tế bào thực vật, đặc biệt nhiều số loại lấy gỗ, bông, đay, gai,… Khi thủy phân xenlulozơ tới thu glucozơ, coi xenlulozơ polime thiên nhiên tạo thành cách ghép mắt xích -glucozơ với nhờ liên kết -1,4-glicozit với công thức (C6H10O5)n CH 2OH H O H H OH H OH H n Thực nghiệm cho thấy mắt xích -glucozơ cịn nhóm –OH cơng thức xenlulozơ cịn viết [C6H7O2(OH)3]n Xenlulozơ chất rắn màu trắng, dạng sợi xếp song song, không tan nước dung môi hữu tan dung dịch Svayder (Schweitze: dung dịch phức tetraamino đồng (II) hiđroxit – [Cu(NH3)4](OH)2) Tương tự tinh bột đun nóng xenlulozơ với nước có xúc tác axit, sản phẩm cuối thu glucozơ: (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 Tuy nhiên so với tinh bột trình khó lâu hơn, mạch polime xenlulozơ dài Đáng tiếc phản ứng xảy dày người dày người khơng có loại enzim để thủy phân xenlulozơ Phản ứng với HNO3 đặc nóng với xúc tác H2SO4 đặc nóng [C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O Xenlulozơ trinitrat Phản ứng với anhiđrit axetic: (CH3CO)2O [C6H7O2(OH)3]n+3n(CH3CO)2O [C6H7O2(OOCCH3)3]n + 3nCH3COOH Xenlulozơ triaxetat 1.2.2 Ứng dụng Vật liệu polymer tổng hợp sở vi sợi xenlulozơ nhận được nhiều ý mật độ thấp, khơng ăn mịn, đặc tính dễ cháy, khơng độc hại, chi phí thấp phân hủy sinh học Rất nhiều cơng trình nghiên cứu thực giới việc sử dụng vi sợi xenlulozơ củng cố vật liệu để chuẩn bị loại vật liệu tổng hợp Tuy nhiên, thiếu độ bám dính tốt, độ nóng chảy thấp điểm độ nhạy nước làm cho việc sử dụng vật liệu tổng hợp xenlulozơ - xơ sợi hấp dẫn Tiền xử lý vi sợi xenlulozơ thay đổi bề mặt sợi, chẳng hạn hóa học hóa chức dừng q trình hấp thụ độ ẩm tăng độ nhám bề mặt [3] Việc sản xuất vi sợi xenlulozơ kích thước nano ứng dụng vật liệu composite ý nhiều độ bền độ cứng cao chúng kết hợp với trọng lượng thấp, khả phân hủy sinh học khả tái tạo Ứng dụng vi sợi xenlulozơ gia cố polymer lĩnh vực nghiên cứu tương đối [4] Nguyên nhân sử dụng vi sợi xenlulozơ vật liệu composite người ta khai thác độ cứng cao tinh thể xenlulozơ để gia cố Điều thực cách phá vỡ cấu trúc phân cấp xenlulozơ thành sợi riêng lẻ có độ kết tinh cao, với việc giảm phần vô định hình [5] Tiềm sử dụng vi sợi làm vật liệu gia cố cho phát triển vật liệu tổng hợp polyme có tính chất tăng cường ứng dụng vật liệu tổng hợp lĩnh vực khác nghiên cứu nghiều Vi sợi xenlulozơ sử dụng củng cố vật liệu nhiều lợi dễ chế tạo, trọng lượng thấp, phân hủy sinh học, giá thành rẻ [6,7] Tuy nhiên vi sợi xenlulozơ có số nhược điểm hấp thụ nước, biến đổi chất lượng, ổn định nhiệt thấp khả tương thích với polymer kỵ nước [8, 9] Nhờ vào tính chất như: độ bền học cao, diện tích bề mặt riêng lớn, có tính chất cản, có độ ổn định kích thước cao, có khả phân hủy sinh học khả tương thích sinh học, vi sợi xenlulozơ đề xuất ứng dụng cho nhiều lĩnh vực công nghệ thực phẩm, dược phẩm - y tế, mỹ phẩm, sơn phủ, công nghệ sản xuất giấy, nanocomposite vật liệu hấp phụ 1.3 Vật liệu nanocomposite 1.3.1 Vật liệu composite Vật liệu composite vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác tạo nên vật liệu có tính vượt trội so với vật liệu ban đầu[5] 1.3.2 Vật liệu nanocomposite 1.3.2.1 Lịch sử nghiên cứu Những năm gần việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano phát triển mạnh mẽ cơng nghệ nano có tiềm phát triển cơng nghiệp to lớn Trong ngành khoa học công nghệ vật liệu polyme nanocomposite thu hút nhiều quan tâm ý Vật liệu nanocomposite bắt đầu nghiên cứu chế tạo từ cuối năm 1980 Ở giới việc nghiên cứu phát triển công nghiệp nano năm 1990 trở thành nhiệm vụ quốc gia Mỹ, Nhật Bản nước Châu Âu Năm 1987, nhà nghiên cứu hãng Toyota chế tạo vật liệu nanocomposite sở PA6/montmorillonite (MMT), lớp MMT với kích thước nanomet phân tán PA6 Sau 10