Microsoft Word 7451 doc Béc«ngth−¬ng ViÖnho¸häcc«ngnghiÖpViÖtnam B¸oc¸o KÕtqu¶nghiªncøu®ÒtµicÊpbé “Nghiªncøuquytr×nhc«ngnghÖ ®ångtrïnghîpghÐpaxitlªntinhbétlµmc hÊthótÈmphôcvôd©nsinhvµytÕ” ChñnhiÖm®Òtµ[.]
Giớithiệuchung
Chấthútẩm
Chấthútẩmhaychấttrươngnở,trongcáctàiliệukhoahọcchúngthườngđượcgọi làcácpolymersiêuhấpthụ,đượcđịnhnghĩalàvậtliệupolymecókhảnănghấpt h ụmộtlư ợngn ước,h o ặcd u n g môil ớngấpnhiềulầns o v ớit r ọnglượngcủachúng,nhưngkhông tantrongnướchoặcdungmôihữucơ[2,6].
Chấth ú t ẩ mt h ườngđ ư ợ ct ạot h à n h t ừphảnứ ngt r ù n g hợphoặcđ ồ ngtrùn gh ợpg h é p c á c monomerc ó c h ứac á c n h ó m h ú t n ướcn h ư;O H , COOH,… hoặcđồngtrùnghợpghéptrênmạchpolymercơsở[5].
Vậtliệuhútẩmdùngchongườicóthànhphầnchínhlàpolymersiêuhấpthụnước ,cóứngdụngnhiềunhấtlàcáccopolymerghép củatinhbộtvà mộtt h à n h phầnph ụlàchấtp h ụtrợhấpt h ụ,thườngl à c á c k h o á n g v ô cơn h ưcács i l i c a t củan h ô m n h ưc a o l a n h hoặcmộts ốp o l y m e r tựn h i ê n n h ưtinhbột,cellulose….Ngoàir atrongthànhphầncủachúngcònchứacácchấtdiệtkhuẩn,k h ửtrùngnhưmuốiamonibậ cbốn,muốioxyquinolinesunfat,axitboric… màk h ô n g làmmấtđinhữngtínhchấtcủapolymersiêuhấpthụ.Tuỳvàomụcđíchs ửd ụngm à t r o n g t h à n h phầncủavậtliệun à y c ò n c h ứamộtlượngn h ỏchấtt h ơm,thườ ngthìvàokhoảng0,25%tổngkhốilượng[19,48].
Tổngquantìnhhìnhnghiêncứusảnxuất
Từnhữngnăm1960ngườiMỹđãsửdụngchấthútẩmtrongnôngnghiệpđểcungc ấpnướcchonhữngvùngđấtkhôcằn.Từđóchấthútẩmđượcnghiêncứunhiềuhơnvàcà ngngàycàngđượccảithiệnhơn.Lúcđầuvậtliệunàychỉcók hảnănghútđược20lầntrọn glượngcủanó,nênchỉđượcsửdụngchongườil à m vậtliệuhútẩmtrongcácgiấythấm,bănggạcphẫuthuật,khănăn.Đếnkhi conngườinghiêncứuvàđiềuchếtìmrađượcnhữngvậtliệuhútẩmcókhảnăngh ú t đượct rên100lầntrọnglượngcủanó,thìvậtliệunàymớiđượcứngdụngr ộngrãitrongviệch útcácchấtbàitiếttừconngườinhư:nướctiểuvv….
Trướcđâypolymersiêuhấpthụchủyếuđượcđiềuchếbằngcácht r ù n g h ợpmo nomer.T u ỳthuộcv à o t ừngloạimonomerv à điềukiệng i a c ô n g , s ửd ụng,c ó thểtiế nhànhtrùngh ợpt h e o c á c phươngp h á p s a u : t r ù n g hợpkhối,t r ù n g hợpdungdịc h,trùnghợpnhũtươngvàtrùnghợphuyềnphù.Polyacrylicl à mộtp o l y m e r s i ê u hấ pthụđ ư ợ ct ổngh ợpbằngc á c h t r ù n g h ợpaxitacrylictrongdungdịch nước cómặtchấtkhơi mào gốctựdo.
Mộtsốcácpatentlạicôngbốkếtquảđiềuchếpolymersiêuhấpthụbằngc á c h đồ n gt r ù n g hợpa x i t a c r y l i c v àn a t r i a c r y l a t t h e o phươngp h á p trùngh ợpdungdịc hhoặcbằngphươngpháptrùnghợphuyềnphù[13,19,46,47]
Axita c r y l i c c ò n dễd à n g đ ồ ngt r ù n g h ợpv ớin h ữngmonomek h á c n h ưac rylonitrin,styrene,n-butylacrylatv v …
Từnăm1976,trongkhihầuhếtcácpatentcôngbốcáckếtquảtổnghợppolymersiêu hấpthụnướcbằngconđườngtrùnghợpacrylicaxitvàacrylamitt r o n g sựcómặtcủatácn hântạoliênkếtngang[8,10]thìcácpatentsố3,935,099;3,981,100;3,985,616vàpatent số3,997,484cùngcôngbốkếtquả điềuchếvàứngdụngcủapolymersiêuhấpthụnướcsửdụngpolymertựnhiênn hưtinhbột. điềuchếvàứngdụngcủapolymersiêuhấpthụnướcsửdụngpolymertựnhiênn h ưtinhb ột.
Năm1 9 9 7 , t á c g i ảA H e b e i s h đ ãs ửdụngmonomerl à m e t a c r y l i c a x i t ghépl ê n tinhbột,t r o n g h ệx ú c t á c p o t a s s i u m p e r s u l f a t e (K2S2O8)v à s o d i u m thiosulfate(Na2S2O3),nhưngởđâyôngchưasửdụngđếnyếutốmôitrườngtrơ.
Cácnghiêncứutiếptheocủapolymersiêuhấpthụnàyphầnlớndựatrêncơsởcủap hảnứngđồngtrùnghợpghépmonomerchứaliênkếtđôitrongphânt ửl ê n t i n h b ộtt r o n g sực ó mặtcủacácchấtk h ơim à o t a n t r o n g nướcn h ưK2S2O8,K2S2O8/
Na2S2O3,hoặcmuốiCe(NH4)2(NO3)6v v Đượcnghiêncứuvàứ ngdụngnhiềunhấtlàmo nomeracrylonitrinvàaxitacrylic
Cácpatentsố4,272,514;3,278,383và3,932,322cùngcôngbốvềpoly merđượcsửdụngchongười,ngoàithànhphầnlàpolymerđượctổnghợpởt r ê n còncóc ácthànhphầnkhácnhưchấtphụtrợhấpthụ,chấtkhửtrùng,chấtthơm…
Trêncơs ởcáckếtq u ản g h i ê n cứuđiềuc h ếv à ứ ngdụngr ộngr ã i củapolymer siêuhấpthụ,ngàycàngnhiềucácnhàmáyđượcxâydựnglênvớicôngsuấtl ớn,đứngđầut r o n g việcsảnxuấtchấtn à y làMỹ,mỗinămđ ãsảnxuấtkhoảng230nghìntấn.Đứngthứ hailàNhật,mỗinămsảnxuấtđượckhoảng12nghìntấn.Ngoàiracònmộtsốcácnướcnhư TrungQuốc,Hylạp……
Việcnghiêncứuvậtliệupolymersiêuhấpthụnước,đếnnaytrênthếgiớivẫnđ ang tiếpt ụcn g h i ê n cứunhằmt ạor a c ô n g n g h ệđơngiảnh ơn,mứcđ ộ trươngnởtốthơn, giáthànhthấphơnvàđặcbiệtlàcókhảnăngphânhuỷsinhhọc.Polymeđồngtrùnghợp ghépđãvàđangtiếptụcđược nghiên cứunhằmtạor a mộtchấthútẩmcókhảnăngphânhuỷsinhhọcmàvẫngiữđượcnhữngtí nhchấtcủavậtliệusiêuhấpthụ.
ViệnKhoahọcv à CôngnghệViệtNam.Mụcđíchcủacácnghiêncứunàynhằmtạorav ậtliệucók h ảnăngg i ữnướcđ ể khắcp h ụcv à giảmn h ẹt h i ê n t a i d o thiếunước.c á c n g h i ê n cứudựatrêncơsởđồngtrùnghợpghépaxitacrylic,acrylonitrinvv… lênt i n h bộtt r o n g sực ó mặtcủac á c t á c nhântạog ốct ựd o n h ư(NH4)S2O8,Fe 2+ /
H2O2,(NH4)S2O8/Na2S2O3,KMnO4… ĐểtăngkhảnăngghépcủaAAvàot i n h bột,n h ó m t á c g i ảđ ãs ửd ụngchấttạolướie p i c l o h y d r i n , N , N ’ -metylendi acrylamit…
St-OH+nCH 2 =CH-COOH (NH 4 ) 2 S 2 O 8 St-O (CH2-CH) n COOH
St-O-CH-CH CH (NH 4 ) 2 S 2 O 8
St-O-CH 2 -CH-CH 2 -O-CO-CH 2 -CH 2 -(CH 2 -CH) n-1
ChấtgiữẩmđượcđiềuchếtrêncơsởbiếntínhtinhbộtbằngAA,Epvàchấtxúc tác(NH4)S2O8, cógiá thành hạ,phù hợpvớiđiềukiệnsửdụnghiệnnaycủanôngdânnướcta.
ViệnKhoahọcvàCôngnghệViệtNamđãtriểnkhaicácnghiêncứukhoahọcthànhđềtàicấ pnhànước,đưara dâychuyềnsảnxuất100kg/ mẻ,đềtàiđãđượcxâydựngthànhdựánsảnxuấtnăm2006vớid â y chuyềnsảnxuất200t ấnmộtnăm.
PolymersiêuhấpthụnướcdoViệnHoáhọcchếtạođãđượcthửnghiệmc h o nhiề uloạicây,tạinhiềuđịaphươngnhư:câybông,câycỏsữa,câychè,câyc à phê…
Năm2004,Trungtâmnghiêncứuvàtriểnkhaicôngnghệbứcxạ(VINAGA MMA)đãnghiêncứuchếtạochếphẩmcótêngọi“Gam-
Sorb”.Đâyl à gelpolymertừtinhbộtsắnbiếntính,cókhảnănghấpthụnướccaokhoảng v à i trămlầnsovớikhốilượngkhôcủachúng.Theonhómtácgiảthìsảnphẩmnày th íchhợpvớimộtsốloạicâytrồngnhư:câydâutây,câythôngđỏ,câycảingọt,câyraumu ống….
Nhưđãnóiởtrên,mụcđíchcủacácnghiêncứunàylàđiềuchếpolymers i ê u hấp thụnhằmcảitạođấtcanhtác,phụcvụchonhucầucungcấpnướcchoc á c vùngđấtkhôcằ n,nênchưanghiên cứuđếnthànhphầncủapolymersiêuhấpthụdùngchongười.Vìngoàithànhphầnchí nhlàpolymerghépởtrêncòncóthànhphầnphụtrợhấpthụ,cácchấtnàygiúpchopoly mersaukhihấpthụlượngl ớnnước,sẽkhôngbịtáchradướitácđộngnéncủaápsuất,cũngn hưkhôngtạot h à n h cácdungdịchnhãohoặctạothànhkhối.
Chấthấpthụkhiđượctiếpxúcvớinướckhôngchứacácionkimloạithìhạtpoly mertrươnglênvàhútmộtlượngnướckhálớnsovớitrọnglượngcủabảnthânnó.Khả nănghấpthụnướccủacácpolymerlàkhácnhau,khichúngđượctổnghợptừcácn guồnnguyênliệukhácnhau.Đượcnhắcđếnnhiềunhấtlàn h ữngkếtq u ảc h o thấyc á c p olymers i ê u hấpt h ụđiểnhìnhc ó t h ểhấpt h ụ khoảngtrêndưới300lầnkhốilượngnướcsovớikhốilượngcủabảnthânnó[ 2 7 , 31,46 ].
7 0 % c á c n h ó m đ óđ ư ợ cc h u y ểnthànhdạngcacboxylat.K hi tiếpx ú c v ớinước ,c á c n h ó m đ óbịp hâ n l yv à tr ên mạcht íc hđiệnâm(-
COO - ).Cácionđótạothànhliênkếthydrovớiphântửnướcvàgiữcá c phântửnướ cbằnglựcliênkếtđó.Tr ên mạchcơs ởcủaphânt ửcàng cónhiềunhómcacboxylat tíchđiệnnhưvậythìcàngnhiềuphântửnướcthamgiav à o tạothànhliênkếthydro.Từ đócóthểthấyrằngkhảnănggiữnướccủachấtđ ồ ngtrùnghợpphụthuộcvàophươngp hápvà điềukiệntiếnhànhphảnứng.T r o n g trườnghợpđồngtrùnghợpghéplêntinh bột,thìquantrọnglàtạothànhnhiềugốctựdotrênmạchcơsởcủaphântửpolysacarit.Nế ugốctựdotạothànhtrênmạchcơsởcàngnhiềuthìcàngcónhiềunhóm cacboxylat đượcgắnvào thànhcáctúitrongpolymer,khảnăngtạothànhliênkếthydrovớiphântửnướcc à n g lớn ,polymercàngcókhảnănghútgiữnướclớn.Mộttrongnhữngyếutốdẫnđếnviệcđạtđư ợckhảnăngnhưvậylàsửdụngchấtxúctácthíchhợp.Khiđưavàohỗnhợpphảnứng,ch ấtxúctácvừatácdụngvớitinhbộtvừatiếpxúcvớicácmonomer.Tuynhiêncónhữn gchấtxúctáccótươngtáclựachọnvớic á c nhómchứctrênp h â n tửpolysacarit,cò nchấtxúctáckháclạitácdụngưutiên v ớimonomer.Nếutương tácưu tiên vớimạchcởsở, thì gốctựdođượctạothà nh trênmạchcơsởnhiềuhơn,khảnăngtạothànhmạchghéplớn hơn,còn nếutươngtácưutiênvớimonomerthìkhảnăngtạothànhpolymerđồngnhấtl ớnhơn
Khitiếpxúc vớinước,khảnăngxảyra làcósựchênhlệchvềnồngđộionđiệnly(Na + )ởbêntrongvàbênngoàipolymer[31,46], vídụ:Trongnướccất,n ồngđ ộ ionb ê n n g o à i gầnbằngk h ô n g , t r o n g k h i n ồngđộ i o n điệnl y t r o n g polymercao.Khuynhhướngxảyralàphảicânbằngnồngđộion, dođónướcchảynhanhvàobêntrongđểlàmgiảmnồngđộionNa + Đếnlượtnó,nồng độionNa +b ê n trongmạngliênkếtlạicũngphụthuộcvàosốnhómcacboxylatcótrên mạchphântửcủapolymer.SốnhómđócànglớnthìnồngđộionNa +b ê n tro n g cànglớ nvàsựchênhlệchnồngđộionvàchênhlệchápsuấtthẩmthấucànglớnv à k h i tiếp x ú c polymervớinước,n ướcù a v à o c à n g n h a n h , v à v ớilượngcànglớn.Khixảyr ahiệntượnghútnướcnhưvậy,thìvìmạnglướiliênkếtbachiềucủapolymercótínhch ấtđànhồi,nênnhanhchóngdãnratạonênsựgiảmápsuấtbêntrong,lạithúcđẩynướct rànvàovàdođólàmchopolymer trươnglênđểchứađượclượngnướclớn.Dướiđâylàhìnhảnhminhhoạsựhútnướcvàob êntronghạtpolymervàlàmchopolymertrươnglên.
Mặtkháctrongcáctúitạonêntừcácmạchpolymer,cáctâmtíchđiệnâmđẩynhau, đưađếnlàmdãnchuỗi mạchtronghạtpolymer,làmchochúngtrươngl ê n , ápsuấtbêntronggiảm,nướcbịhútvà olàmtăngthểtíchđựngnước[6,45].
Khitrongnướccócácionkimloạitan(Na + ),sựchênhlệchnồngđộionđiệnlyk hônglớnlắm,sựhútgiữnướcgiảm.Trongtrườnghợp,nếunồngđộionb ê n ngoàilớnhơ nsovớibêntrong,thìcũngdoápsuấtthẩmthấu,nướcđiran g o à i polymeđểcânbằn gnồngđộion,làmchokhảnănghấpthụnướcgiảmh ơnnữa.Nếuionđiệnlylàionđa hoátrị,vídụnhưCa 2+ ,Mg 2+ …thìcònlàmg i ảm khảnănghấpthụcủapolymernhiềuhơn.Tuynhiêntrongtrườnghợp,nếui o n đahoátrị cókhuynhhướngtạothànhphứcbềnvớinhómhydroxyl,chẳnghạnnhưFe 3+ ,Al 3+ ,
… tuỳtheotínhchấtmôitrường,nhữngionnàycóthểtồntạidướidạngFe(OH) 2+ ,Al(OH
Phânt í c h nhiệtsảnphẩmđ ồ ngt r ù n g hợpg h é p a x i t a c r y l i c l ê n t i n h bộttr ongkhoảngnhiệtđộtừ0đến700 0 Cnhận thấytrênđườngcongmấtkhốilượngxuấthiện3khuvực[4].Khuvực1ởtrongkhoảngnh iệtđộtừ35đến200 0 C,sựđ ánhmấtkhốilượnglàkhôngđángkể,khoảng10,5%tổngk hốilượng.Khuv ực2nhiệtđộtừ200 0 Cđến500 0 C,sựmấtkhốilượng xảyrachủyếuởkhuvựcn à y , khoảng50%khốilượng.Khuvực3,từ500 0 Ctrởlênxảy rasựphânhuỷsảnphẩm.
TừphổnhiễuxạtiaXcủatinhbộtvàhợpchấtđồngtrùnghợpghép[4]chothấ y,đỉnhnhiễuxạcủaphântửamylopectinlàrấtrõnhưngtronghợpchấtđ ồ ngtrùnghợpg hépthìnógiảmđirấtnhiều,điềuđóchứngtỏsựghépmạchđãl à m biếnđổicấutrúctinhthể.
Trênquangphổhồngngoạicủamẫuđồngtrùnghợpghépaxitacryliclêntinhbộ txuấthiệnvạchở v ù n g 1 7 3 0 cm -1 ,đ âyl à vạchđ ặ ctrưngc h o n h ó m
C=O,chứngtỏđãxảyraphảnứngghépvàvạch1020cm -1đặ ctrưngchonhómC - O t r o n g t i n h bột, ngoàira cònxuấthiệncác pickđặctrưngkháccủasảnphẩmghép.
Hợpchấtđ ồ ngtrùng hợpghépaxitacryliclêntinh bộtkh ôn gt an trongn ướcvànóichungkhôngtantrongc á c dungmôi.
Vìtrênbềmặtpolymersiêuhấpthụcónhiềunhómchứccóthểtạophứcchelatv ớicáccationkimloại,nêncóthểhấpphụcáccationđóvàsauđólạicó thểtáisinh,tứclàđẩycáccationđórakhỏibềmặtpolymerđểsửdụngnhiềulần.Chẳng hạn,hợpchấtđồngtrùnghợpghéppolyacrylat lêntinhbộtlàchấthấpphụlựachọn đốivớiHg 2+ở pH0,5–
Hg 2+ Cu 2+ Zn 2+ Ni 2+ Co 2+ Cd 2+ Pb 2+ Hiệuquảhấpphụcủađồngtrùnghợpghé ppolyacrylamitlênt i n h bộtđốivớiHg 2+l à 92,3%vàđốivớiPb 2+l à 51,3%.Đốivớinh ữngcationkháchiệuquảhấpphụởvàokhoảnggiữacácgiátrịnóitrên.Giátrịhấpphụphụ t h u ộcvàopH,nhiệtđộvàthờigian.
Nguyêntắctổnghợpđồngtrùnghợpghép
Phảnứngđồngtrùnghợpghéplênmạchcơsởcủamộtpolymercótrướcchophé ptạothànhcấutrúcmạngbachiềunhờnhữngliênkếtngang.Monomeđ ư ợ csửdụngtr ongtrườnghợpnàylànhữnghợpchấtcókhảnăngtrùnghợpvàc ó nguyêntửhydrolinhđộ ng,vídụcácmonomerdãyvinyl[2,18,27].
Tinhbộtlàpolymertựnhiên,trênphântửpolysacaritcónhữngnhómhydroxylcókh ảnăngphảnứng.Tinhbộtgồmphântửamylosemạchthẳngvàphântửa m y l o p e c t i n cómạchphânnhánh.
Trongphântửamylosecácđơnvịanhydroglucose (AGU)nốivớinhaubằ ngliênkết1-4,còntrongphântửamylopectin,ngoàiliênkết1-4,còncóliênkết1- 6.Trọnglượngphântửcủaamylosevàokhoảng200.000,còncủaamylopectinlênđến hàngtriệuđơnvị.
%, cònamylosechỉchiếmkhoảng30%.Tỷlệnàycóthểthayđổitrongtinhbộttừm ộtsốnguồnthựcvật.Vídụ:ởmộtsốlúanếptrongtinhbộtchứarấtítamylose,còntrongtin hbộtcủamộtsốhọđậulượngamylosechiếmtới75%.T r o n g hạttinhbộtkhoaitâycó19 ÷22%amylosevà78÷91%amylopectin,ởhạtl ú a mìvàhạtngôamylosechiếm25%còn amylopectinchiếm75%[2,22].
Cácloạibộtlấytừkhoai tây,ngô,sắn,gạo,ngoàitinhbộtcònchứaprotit,chấtbéo,vàcáctạpchấtkhác.Đểtổnghợ pchấttrươngnởcầnsửdụngloạibộtc ó hàmlượngtinhbộttừ75%trởlên.
Tổnghợpchấttrươngnởkhisửdụngtinhbộtlàquátrìnhphảnứngghéplênmạc hcơsởcủapolysacarit.Đólàphảnứngxảyratheocơchếgốctựdo.Đểtạothànhgốctựdoc hophảnứngđồngtrùnghợp,cầnsửdụngcáctácnhânoxihoámạnh.Đãcórấtnhiềucôn gtrìnhnghiêncứutronglĩnhvựcnày,cónhữngcôngtrìnhsửdụngkalipecmanganat,kalipersunfat/kalitiosunfat,hoặchệthống
Fe 2+ /H2O2… xửdụngcácxúctáctrêncóưuđiểmlàlàmgiảmđượcgiáthànhcủax ú c tácnhưngtínhchọn lọccủaxúctáckhôngcao.Mộttrongnhữngloạixúctáccótínhnăngưuviệthơncảđólàmu ốicủacerihoátrị4[2,43,48],vídụceriamoninitrat(CAN).Trongmôitrườngphả nứng,khitinhbộttiếpxúcvớiionCe 4+thì t ạot h à n h p h ứcv à k h i đ ói o n Ce 4+b ịk h ửt h à n h Ce 3+ ,c ò n t r ê n mạchp olysacarit củatinhbột(St-O-H)cótạothànhgốctựdo:
Trênmạchpolysacaritcácgốctựdocóthểđượctạothànhtạinguyêntửcacb onsố6haytrênnguyêntửoxygắnvớicacbonsố6,hoặccũngcóthểxảyra sựmởvòngpyran[2,9,38,43]:
St-O-CH 2 -C +n CH 2 =C St-OCH 2 -C n CH 2 -C
St-OCH 2 -C nCH 2 -C + St-O St-OC H 2 -C n CH 2 -C-O-St
2St-OCH 2 -C nCH 2 -C St-OCH 2 -C C-CH
St-OC H 2 -C CH 2 -CH + n St-OCH 2 -C CH=C
Nhữngyếutốảnhhưởngđếnquátrìnhtổnghợpchấttrươngnởtrêncơsởtinhbột 15 1 Tinhbột
Monome
Monomeđượcdùngđểghépvàomạchpolysacarittrongđiềukiệnphảnứ ngtrùnghợpthườngdùnglàcácmonomedãyvinyl.Đượcdùngsớmnhấtlàacrylon itril[14,42,47] VềsauđượcdùngnhiềulàaxitacrylicCH2=CH- COOH[ 3 4 , 39],a x i t metacrylicCH2=C(CH3)-COOH[ 7 ] , a c r y l a m i t C H2=CH- CONH2[41],hoặccácacrylatnhưmetylacrylat[44].
Tácnhântạoliênkếtngang
Tác nhântạoliênkếtngangdùngđểnốihaimạchcơsởgầnnhau.Cáctácnhânliênkếtn ga n gphảicó trongp hâ nt ửít nhấth ai li ên kếtchưanoc ó khảnăngphảnứngghépvàocá cmạchcơsở,trongđómộtliênkếtchưanođượcghépvàomộtmạchcơsở,cònliên kếtchưanokiađượcghépvàomạchcơsởbêncạnh,vànhờthếcácliênkếtngangđượct ạothành.Cónhiềuphântửcóhailiênkếtc h ưan o t r o n g p h â n tử,n h ưngthườngd ù n g l à m t á c n h â n t ạol i ê n kếtnganglàmetylenbisacrylamithayetylenbisacrylamit[31]hoặcacrylatcủakimloạiđahoátrị,vídụcanxidiacrylat[35].
Tácnhântạogốctựdo
Nhưđãtrìnhbàytrênđây,quátrìnhtổnghợpchấthútẩmxảy raquaphảnứ ngtrùnghợpgốc.Đểtạoranhữnggốccókhảnăngphảnứngcầnphảisửdụng c ác tácnhâncótínhchấtoxyhoámạnh,tứclàchấtxúctác.Thườngdùnglàioncerihoát rị4,ngoàiracòncóthểdùngionpecmanganat,hệpesunfat/ tiosunfath a y ferơamonisunfat/H2O2…
Thựcn g h i ệmđ ãc h o thấyhiệusuấttạot h à n h đồngtrùngh ợpg h é p l ê n mạch cởsởkhisửdụngxúctácceriamoninitratđạtgiátrịcaohơnsovớikhisửd ụngloạixúctáck hác[1].
Khíkhôngchứaoxy
Đểđảmbảohoạttínhcủagốctựdotrongquátrìnhphảnứngdâychuyền,cầnthiếtp hảiloạioxyrakhỏimôitrườngphảnứng.Đểđạtmụcđíchđócóthểd ù n g dòngkhíkhôn gchứaoxynhưnitơhaykhíCO 2 Thựcnghiệmchobiếtchỉcầndùngdòngkhínhỏtrongm ộtthờigianngắn.
Cácthôngsốcủaquátrìnhtổnghợp
Tinhbộtnóichungkhôngtantrongnướcởnhiệtđộphòng.Khinângnhiệtđộ,cáchạt tinhbộttrươngdầnlên,chođếnnhiệtđộkhoảng70 0 Cthìtrươngđạtm ứcđộlớnnhất,quá nhiệtđộđó,tinhbộtchuyểnvàotrạngtháitantrongnước.D o đóđểtiếnhànhphảnứngcầ nthiếtphảinângnhiệtđộlênkhoảng85-
100 0 Cl à m chotinhbộtchuyểnthànhdạnghồ,đượcgọilàhồhoá.Trongđiềukiệnđóp hảnứngghépxảyrathuậnlợi[27,47].Thờigianhồhoáchừngtừ0,5đến1g i ờ.
Phảnứ ngt r ù n g hợpg h é p xảyr a k h i tiếpx ú c t i n h b ộtđ ãh ồh o á v ớimo nomerkhicómặtxúctáctạogốctựdo,vídụ,ionCe 4+v à trongmôitrườngk h ô n g cómặ tphântửoxyhoàtan.Phảnứngxảyraởápsuấtthường,nhiệtđộkhoảng30-
CNđượcghéplênmạchtinhbột.Đểchosảnphẩmcótínhchấttrươngnởgiữnướctốt,phả ichuyểnc á c nhómđóthànhnhómcacboxylicbằngcáchthuỷphânkhicómặtkiềm.
St-O-CN+HOH St-O-CONH2 St-O-COONH4 St-O-COONa
Giaiđoạnnàyđượcgọilàxàphònghoá.Tácnhânxàphònghoálàcáchợpchấtkiềm,nhưNaOH,KOHhayNH4OH,cũngcóthểdùngNH3thổiqualớpchấtrắn.Nhiệtđ ộ củ agiaiđoạnn à y v à o khoảng80-100 0 C,vàt h ờig i a n k é o d à i khoảng1-2giờ[2,27].
III.6.4 Tinhchếsảnphẩm[ 1 7 ,21,24,49] Đâylàmộttrongnhữngcôngđoạnrấtquantrọngtrongviệcđiềuchếsảnphẩmch ấthútẩmphụcvụdânsinhvàytế.Saukhikếtthúccácgiaiđoạnphảnứ ng,thuđượchỗnh ợpsảnphẩmgồmtinhbộtdưchưaphảnứng,polymerđồngnhất,monomerdưv à sảnphẩ mmongmuốnlàđồngtrùnghợpghéplêntinhbột.Muốnthuđượcsảnphẩmtinhkhiếthơn vàkhảnănghútnướccaocầnphảitinhchếsảnphẩm. Đểloạimonomerd ưc ó t h ểd ù n g nướcđ ể r ửanhiềulần,phươngp h á p t h í c h hợpnhấtđểloạibỏmonomerkhỏihỗnhợplàcấtlôicuốnhơinước, ĐểloạipolymerđồngnhấtcóthểtiếnhànhchiếtbằngphươngphápchiếtSocletv ớidungmôilàetanol,methanolhoặcaxeton.
Cũngc ó thểtinhchếsảnphẩmbằngc á c h r ửanhiềulầntrongh ỗnhợpetanol/ nướctheotỷlệ50/50. axit. Đểloạitinhbộtdưkhỏisảnphẩmcóthểdùngphươngphápthuỷphânvới
Sấylàmộttrongnhữnggiaiđoạnquantrọngvàcầnthiếtđểđảmbảokhảnănghấpt hụcao.Làchấtgiữnướcnênđểloạinướcrakhỏisảnphẩm,cầnphảitiếnhànhsấytrongnh ữngđiềukiệnđặcbiệt.Mộtsốphươngphápsấycóthểsửd ụngđểsấysản phẩmtrùnghợpthuđược.Đólà sấychân không,sấytang trống,sấyphun… Nhiệtđộsấycóthểvàokhoảng60-
Polymesiêuhấpthụnướccónhiềuứngdụngtrongcôngnghiệpcũngnhưt r o n g n ôngnghiệp.Theothốngkêvềthịtrườngcủapolymersiêuhấpthụtrênt o à n thếgiớit hìmỗinămchúngtađãsửdụngkhoảng80÷90%tổngsảnlượngpolymersiêuhấpthụdù ngtrongbăng,bỉm,tãlót,đệm…chophụnữ,trẻemvàngườibệnhnặng.
Polymersiêuhấpthụnước làmộttrongnhữngthànhphầnkhôngthểthiếuđ ư ợ ctrongbăng,bỉmtrẻem.Cóthểnóirằ ngmộtlượnglớnpolymerđượcđiềuchếranhằmmụcđíchsửdụngchocácloạibăng,bỉm trẻem.TheothôngtinthịtrườngtoàncầuvềnhucầusửdụngSAPchothấylượngSAPsử dụngchoviệcl à m bỉmtrẻemlàrấtlớn.Năm2003đãsửdụng1.05triệutấnSAP[29],tr ongđó81%đượcdùnglàmtãlót,bỉmtrẻem,8%chongườibệnhnặng,5%chovệsinh phụnữ,6%chocácsửdụngkhác.Từđóđếnnaynhucầusửdụngngàymộttăng,theothống kêđếntháng4năm2008thìmỗinămnhucầuđóđãtănglên3 ,6 % mộtnăm.
Chấthútẩmđượcdùngchongười,ngoàikhảnănghútđượcmộtlượnglớnn ước,cònphảiđảmbảo nhữngyêucầukhácnhưkhôngđộc,không gâykíchứngdavàkhôngảnhhưởngđếncácchứcnăngcủacơthể.Khihấpthụdung d ịchthìkhôngbịquánh,khôngtạothànhkhốinhãohoặctạothànhgelnhờthànhphầncủac hấtphụtrợhấpthụ.Cỡhạtnhỏcủachấtphụtrợhấpthụlànguyênn h â n làmchonóho ạtđộngnhưmộtchấtbôitrơnvàngăncảncopolymertạothànhkhốinhãohoặcgelsa ukhihấpthụ. Đểsửdụngchongườipolymercầncúcỡhạtkhụngnhỏhơn5,55àmvàth ớ c hhợ pnhấtlàvàokhoảng14,8tới29,6àm.Cỡhạtthớchhợpcủachấtphụtrợhấpthụvàokhoảng5 ữ20àm
3tuổi,mỗimộtchiếcbỉmsẽdùnghếtkhoảng5÷10gamchấthútẩm.Sốlượngchấthútẩ mt r o n g mỗiloạibỉmsẽtănglêntheolứatuổi.Hàmlượngpolymersiêuhấpthụthườngc hiếmkhoảng20 ÷60%tổngkhốilượng.
Trongn ô n g nghiệp,việcs ửdụngchấth ú t ẩmg i ữnướcmanglạinhiềuhiệuquảq uantrọng.Nướcvừalàdungmôiđểhoàtancácchấtdinhdưỡngvừal à phươngtiệnvậnc huyểnchấtdinhdưỡngđinuôicácbộphậncủacâytrồng.C h í n h vìthếnướctrongđấtc anhtácđượcvínhưmáutrongcơthể.
IV.2.1 Chấtgiữnướclàmtăngdựtrữnướcchođất,đặcbiệtquantrọngđốivớin h ữngvùngthiếunước,vùngcao,đấtdốc,thờigiankhôhạn.
IV.2.4 Sửdụngpolymercònhạnchếhiệntượngxóimòncủađất,khônggâyra hiệntượngđấtbịrửatrôi,trởnênbạcmàu….
Ngoàiứngdụngchínhởtrênmộtlượngnhỏpolymercònđượcứngdụngvàoc á cl ĩnhv ựckhácnhưchấtl à m đặcc h o k e o d á n , c h ấtchốngthấm,đ ệ mbệnhnhân,chiế uthấmmồhôi, sửdụngtrong cácmiếngdánhạsốt trẻem,ngoàir a chúngcònđượcsửdụnglàmđồchơitrẻemvàđãtừngđượctraodanh hiệuđồchơicủanăm2007ởÚc,tạpchíToyWishesđãgọinólàmộttrong12sảnphẩm đồchơihaynhấtcủanăm…
Nhưđ ãt r ì n h b à y t r o n g phầnt ổngq u a n , c h ú n g t ô i c h ọnphươngp h á p nghiêncứuđiềuchếchấthútẩmbằngphươngphápđồngtrùnghợpghépaxita c ry l i c lêntinhbột.Đólàphảnứngxảyratheocơchếgốctựdo.Đểtạothànhg ốc tựdochophảnứngđồngtrùnghợp,cầnsửdụngcáctác nhânoxihoámạnh.Thựcnghiệmđãchothấyhiệusuấttạothànhđồngtrùnghợpghéplên mạchcởs ởkhisửdụngxúctácceriamoninitratđạtgiátrịcaohơnsovớikhisửdụngl oạix ú c t á c k h á c V ì vậyc h ú n g t ô i chọn[Ce(NH4)2]
Chúngtôitiếnhànhkhảosáttốiưuhoácácthôngsốcôngnghệnhư:tỷlệtinhbộtv àaxitacrylic,tỷlệxúctác,nhiệtđộphảnứng,thờigianphảnứng….trongquátrìnhtổngh ợpchấthútẩm.
Hàmlượngtrotổngsố:0,06%Hà mlượngtinhbột:97,5%ĐộpH(D ungdịch10%):5,1Hàmlượngchì
- Xúctác[Ce(NH 4 ) 2 ](NO 3 ) 6lo ạitinhkhiếtcủaĐức.
- NaOH,P(TQ),HNO3,P(TQ),H2SO4,P(TQ),NaNO3,P(TQ)
Cho30gamtinhbộtđãđượchoàtrong450mlnướcvàobìnhcầu3cổđáytròndung tích1000mlđãlắpsẵnmáykhuấycơ,thiếtbịnhỏgiọt,sinhhànhồi lưu.DòngkhíN 2đượ csụcvàodungdịchtrongkhoảngthờigian5phút,nângnhiệtđộ phảnứnglên85 0 C,tiếnhànhhồhoátrongkhoảngthờigian45phút.Sa u đóhạnhi ệtđộxuống30 0 C,khuấyđềudungdịchphảnứngtrongdòngkhí
N2,sau5phútchovàođó3ml(1/2lượng)dungdịchxúctác[Ce(NH4)2]
(NO3)6t r o n gHNO31 M Khuấyđềuhỗnhợpphảnứngtrong10phút,vànhỏtừtừ66mlaxi tacrylic,sau10phútnhỏaxitacryliclạichovàobìnhphảnứng1,5ml(1/4lượng). Saukhinhỏhếtaxitacrylic,tiếptụctiếnhànhphảnứngởnhiệtđộnàyt r o n g khoảngt hờigian4h.Tiếnhànhcấtlôicuốnhơinướcđếnkhidungdịcht h u đượccópHkhoả ng6-
7.Đưanhiệtđộvề80 0 C,trunghoàbằngdungdịchNaOH30%đếnpHbằng7,tiếptục khuấyhỗnhợpphảnứngthêm20phútnữa.Sảnphẩmđượcrửanhiềulầnbằnghỗnhợpeta nolvànước50/50.Sauđókếttủasảnphẩmtrongetanolrồiđemsấychânkhôngởnhiệt độ70 0 Cđếnkhốilượngk h ô n g đổiđemnghiềnsảnphẩm.
I.4Xácđịnhđộtrươngcủasảnphẩm Độtrươngcủahạtđược xácđịnhtheophươngpháptúichè:Cânchínhxác1gamchấthútẩmchovàotúi,sauđóngâm trongcốcđựng500mlnướccấttrongmộtgiờởnhiệtđộphòngrồilấytúira,đểráonư ớc,xácđịnhđộtrươngtheocôngthức.
Q:độtrươngcủapolymer(g/g) mo:khốilượngcủapolymerkhô(g)m1:kh ốilượngtúivải(g) m2:khốilượngtúivảivàpolymersaukhitrương(g)
Cânchínhxácmộtgamsảnphẩmthuđượctừphảnứngđồngtrùnghợpghépnóitrên.Đem ngâmtrong500mlnướccấtđựngtrongbìnhnónthểtích1000mlcó nút kín.Sauđóđemlọc quaphễulọc Sau khinướckhôngbịhấpthụtáchrahết,t h u lấynướctáchravàtínhlượngnướcđãbịhấpphụ trongmẫusảnphẩm.Kếtq u ảđượcquycho1gamchất.
CHƯƠNGIII:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN Đểthựchiệnnhiệmvụđặtratheohướngxâydựngcôngnghệsảnxuấtchấthút ẩm,chúngtôitậptrungnghiêncứunhữngyếutốảnhhưởngđếnhiệuq u ảcủaphảnứn gđồngtrùnghợpghépaxitacryliclêntinhbột.
I.1 Ảnhhưởngcủatỷlệnước Đểthuđượcsảnphẩmcóđộtrươngtốtthìtinhbộtphảiđượchồhoáhoànt o à n trướ ckhithamgiaphảnứngghép.Nướclàmột yếutốquantrọngtrongquátrì n h hồhoávìvậychúngtôitiếnhànhnghiêncứuảnhhưởng củatỷlệnướclênt i n h bột.Kếtquảnghiêncứuđượctrìnhbàytrongbảng1,cácthíng hiệmđượctiếnhànhvớikhốilượngtinhbộtlà10gam,thểtíchAAlà22ml,lượngxúctá cCAN0 , 2 2 gamởnhiệtđộhồhoálà85 0 C,nhiệtđộphảnứng30 0 C.
Từnhữngkếtquảthuđ ượ cởtrênchotathấyrấtrõtácđộngcủadunglượngnư ớcđếnphảnứngvàđộtrươngcủasảnphẩm.Khităngthểtíchnướcthìlượngmonomerghé pvàotinhbộttănglên,dođógiatrọngtăng,nênđộtrươngcủasảnphẩmcũngtănglênnhư ngđếnmộtgiátrịnhấtđịnhcóxuhướnggiảm,điềunàycóth ểđượcgiảithíchnhưsau K h i thểtíchnướcítsẽlàmchoquá trìnhhồhoákhôngxảyrahoàntoàn,đếnkhithể tíchnướcđạt150mlthìcáchạttinhbộttrươnglênhoàntoànlàmtăngbềmặttiếpxúc,dođ ólàmtăngkhảnăngt h a m giaphảnứng,nêntăngkhảnăngghépvàđộtrươngtăngcònk hithểtíchnướcquálớnthìlạilàmloãngdungdịchphảnứngnênlàmgiảmgiatrọngcủ aphảnứng.
Nhưđãtrìnhbàytrongđiềukiệnphảnứng,ionCe 4+l à tácnhânkhơimàophảnứ ng,tạog ốct ựd o t r ê n t i n h bột,đểt h ựch i ệnq u á t r ì n h đ ồ ngt r ù n g h ợpghép.Dođól ượngioncericóảnhhưởngđếnlượngsảnphẩmthuđượcvàdunglượnghấpthụnướccủas ảnphẩm.Đểkhảosátảnhhưởngđó,chúngtôiđãtiếnh à n h nhữngthínghiệmkhithayđ ổilượngxúctácceriđưavào.Mỗithínghiệm đãdùng10gamtinhbột,22mlAA,150mlnước,hồhoáở85 0 C,nhiệtđộphản ứng30 0 C,kếtquảthuđượcnhưtrênbảng2
Khitănghàmlượngchấtkhơimàothìđộtrươngcủasảnphẩmcũngtăngđếnmộtgi átrịnhấtđịnhsauđógiảm.Điềunàycóthểlàdokhitănghàmlượngchấtkhơimàosốgốctự dotạothànhtănglên,sốtrungtâmhoạtđộngcũngtăng theorấtnhanhdẫntớităngtốcđộtrùnghợpchung.Tuynhiênhàmlượngchấtkhơim àotăngquácaocũnglàmchosốgốctạothànhphânhuỷnhanh,tăngtốcđộngắtmạch,là mgiảmhiệuquảghépdođóđộtrươnggiảm.Kếtquảthuđượcc h o tathấyđểthựchiệnph ảnứngđồngtrùnghợpghépcầnmộtlượngxúctáckhoảng0,22gamlàthíchhợp,sản phẩmthuđượccóđộtrươngtươngđốicaom à giáthànhcủasảnphẩmlạigiảm.
Tinhbộtvàaxitacryliclà2chấtchủyếutrongquátrìnhđiềuchếchấthútẩm,nếuqu átrìnhđồngtrùnghợpghépdiễnrahoàntoàn,sảnphẩmthuđượccómạnglướikhônggia nbachiều,khiđónósẽhấpthụđượcmộtlượngnướcrấtl ớn,l à m t ăngt í n h trươngcủas ảnphẩm.Vìvậyt ỷl ệt i n h b ộtt r ê n a x i t a c r y l i c đ ư ợ cchúngtôinghiêncứuquamộts ốcácthínghiệmchủyếudướiđây.Bẩythínghiệmđượctiếnhànhvớikhốilượngtinhbộtb ằngnhaulà10gam,lượngxúct á c 0,22gam,lượngnước150ml,hồhoáở85 0 C,phảnứng ởnhiệtđộ30 0 C.
Bảng3 :Sựphụthuộccủalượngsảnphẩmvàdunglượnghấpthụnướcvàot ỷsốtinh bột/axitacrylic
Biểuđồ3:Ả nhhưởngcủatỷlệSt/AAđến%Add-on
KhitiếnhànhđồngtrùnghợpghépAAlêntinhbộtchúngtôinhậnthấyk h ităngnồ ngđộcủaAAthìgiatrọngtănglênđồngthờisảnphẩmthuđượccód u n g lượnghấpthụca ohơn,nhưngkhităngquácaosẽtạođiềukiệnchosựtạot h à n h cáckhốihomopolyme,là mgiảmtốcđộkhuyếchtáncủacácphântửmonomerđếncáctrungtâmhoạtđộngtrênphân tửtinhbộtdođólàmgiảmkhảnăngg h é p dẫnđếngiảmđộtrươngcủasảnphẩm.Quabản gtrênchotathấyđểđạtđượcsảnphẩmcódunglượnghấpthụcaotanêndùngtỷlệkhốilượn ggiữatinhbộtvàaxitacrylictheotỷlệ1:2,3làphùhợpnhất,lượngsảnphẩmthuđượcởđi ềukiệnnàycũnglàcaonhất.
I.4 Ảnhhưởngcủanhiệtđộphảnứng Đểxétảnhhưởngcủanhiệtđộphảnứng ghépđốivớilượngsảnphẩmthuđ ư ợ cvàdunglượnghấpthụnướccủasảnphẩm,chúng tôiđãtiếnhànhnghiêncứuphảnứngtổnghợpđồngtrùnghợpghéptrongkhoảngnhiệ tđộtừnhiệtđộp h ò n g đến45 0 C.Mỗithínghiệmđượctiếnhànhvớilượngtinhbộtlà10gam, thểtíchAAlà22mllượngxúctác0,22gam,thểtíchnước150mlvàhồhoáở nhiệtđộ85 0 C.Kếtquảthínghiệmđượctrìnhbàytrongbảngsau.
Khốilượn gsản phẩm(g) %Add-on
Biểuđồ4 :Ảnhhưởngcủanhiệtđộđến%Add-on Ảnhhưởngcủan h i ệtđ ộ đếnphầnt r ămg i a tr ọngv à đ ộ trươngcủas ảnphẩmđã đượcchỉratrênbảng4vàhình6.Cóthểnhậnthấyrằngkhităngnhiệt độphảnứngđến30 0 Csẽlàmtăngvậntốctấtcảcácphảnứngcơsơtrongquát r ì n h đồng trùnghợpghépnhư:quátrìnhhìnhthànhtrungtâmhoạtđộng,phảnứngpháttriểnmạc h… dođókhảnăngghépđạtgiátrịcaonhấtởnhiệtđộ30 0 C,k h i đóphầntrămgiatrọngđạtca onhất.Quánhiệtđộnàyphầntrămgiatrọnggiảm,điềunàycóthểgiảithíchlàkhinhiệtđ ộtănglênsẽlàđiềukiệnthuậnlợic h o phảnứ ngtạot h à n h homopolymel à m g i ảmn ồn gđộmonomerg h é p Đ âycũnglàđiềukiệnthuậnlợichoquátrìnhbiếntínhtinhbộttrong môitrườngaxitv à sựhoàtancủacácphântửamylase,vìvậylàmgiảmkhốilượngcủ aphảnứng,giảmkhảnănghấpthụnướccủasảnphẩm.
I.5 Ảnhhưởngcủathờigianđếnkhốilượngsảnphẩmvàdunglượnghấpthụnướ c Đểkhảosátảnhhưởngcủathờigian,chúngtôiđãtiếnhành6thínghiệmv ớilượng tinhbột10gam,thểtíchAAlà22ml,hồhoáởnhiệtđộ85 0 C,phảnứ ngở30 0 C,thểtích nước150mlở6khoảngthờigiankhácnhauvàthấyrõtácd ụngcủathờigianđếnhiệuquả phảnứng.
Khốilượn gsản phẩm(g) %Add-on
Bảng5đãchỉraảnhhưởngcủathời gianđếnphầntrămgiatrọngvà dunglượnghấpthụnước.Nhưvậynếutiếnhànhphảnứngởthờigian quá ítsẽkhôngt h u đượcsảnphẩmtheomongmuốn,khiđódoaxitacrylicvàtinhbộtchưaphản ứngđượcvớinhau,cònkéodàithờigianphảnứngrathìcũngkhônglàmtăngđượckh ốilượng sảnphẩmvìvậythờigianthíchhợp nhấtđểthựchiện phảnứngg h é p là4h. I.6 Khảosátsốlầnnhỏxúctácvàophảnứng
Xúctáclàtácnhânkhơimàochophảnứng,trongphảnứngnàynếuhiệuquảsửdụ ngxúctáctốt,lượnggốctựdosinhrađượcthamgiangayvàophảnứngghépvớiaxit acrylicsẽthuđượcsảnphẩmcóđộtrươngtốthơnvàhạnchếđượ c lượngxúctáccầndùng.Đểkhảosátyếutốnàychúngtôiđãthựchiệntrênc ù n g mộtđiềuki ệnphảnứngvềcácyếutố,chỉthayđổisốlầnnhỏxúctácvàophảnứ ng,khoảngcáchgiữa mỗilầnn h ỏx ú c tácl à 1 0 p h ú t s a u k h i nhỏaxita c r y l i c
No Cáchnhỏ(lư ợngnhỏ/ tổnglượng)
Quacácthínghiệmtrênchotathấynếunhỏlượngxúctáctheonhiềulầnk h á c nh aucũngkhôngảnhhưởngđếndunglượngnước,tuynhiênkhốilượngsảnphẩmthuđ ượccũngbịgiảmđi.Nếunhỏxúctáctheomộtlầnthìgốctựdos i n h ranhiều,tạođiềukiệ nchophảnứngpháttriểnmạchxảyranhanhnhưngđ ồ ngt h ờiphảnứ ngngắtmạchcũ ngxảyranhanhh ơn,d o đ ók h ảnăngg h é p giảm,n h ưngnếunhỏxúct á c mộtc á c h p h ù h ợpsẽc h o k h ốilượngsảnphẩmnhiềuhơ nđồngthờiđộtrươngcũngcaohơn.
Ngoàikhảosátcácyếut ốtrênchúng tôibướcđầuđãthửkhảnăngtẩym à u củas ảnphẩm.Chúngtôitiếnhànhphảnứngvớiđiềukiệntốiưukhảosátđ ư ợ cở t r ê n n h ưn gtrướck h i k ếtt i n h lạisảnp h ẩmc h ú n g t ô i đ ãtẩym à u sảnphẩm.Chúngtôiđãsửdụn gkhíSO2đư ợcđiềuchếtrongbìnhkípbằngcáchnhỏtừtừaxitsunfuaricvàocáctinhth ểNa2SO3.Bướcđầuchochúngtôithấysảnphẩmt h u đư ợcc ómàutrắng,việckhửm àusảnphẩmkhôngảnhhưởngđếnd u n g lượnghấpthụnướccủasảnphẩm.
Nhưđ ãbiếtt r o n g p h ầnt ổngq u a n , chấth ú t ẩ md ù n g c h o n g ườin g o à i t hànhphầnchínhlàpolymerđồngtrùnghợpghéplêntinhbột,trongthànhphầncủasảnp hẩmnàycònchứachấtphụtrợhấpthụvàchấtkhửtrùng.Chấthútẩmdùngchongườisa ukhihấpthụlượngdungdịchkhôngtạothànhkhối,hoặctạot h à n h dungdịchnhãoảnh hưởngđếndavàcơthểconngười.Trêncơsởcáctàiliệuđãđượccôngbố,chấtphụtrợhấ pthụởđâycóthểlàcáckhoángvô cơ,hoặcmộtsốpolymertựnhiênnhưtinhbột,xen llulose,chúngtôichọnchấtphụt r ợhấpthụởđâylàmộtkhoángvôcơ,chấtđượcsửdụn gởđâylàcaolanh.Đểkhảosátảnhhưởngcủachấtphụtrợđếnchấthấpthụchongườichú ngtôitiếnh à n h nghiêncứuphầntrămcủachấtphụtrợtrongsảnphẩm.
Trêncơsởcáckếtquảnghiêncứuthuđượcởtrên,chúngtôiđãtiếnhànhnghiênc ứuđiềuchếchấthútẩmởquimôlớnhơn.Đểsảnxuấtđược1kgsảnphẩmchúngtôiđãsử dụngcáchoáchấtvớisốlượngnhưsau:
Ngoàihoáchấtchínhởtrêncònphảikểđếncácchiphíkhácnhưcácloạidung môi,nănglượng,nhâncông,khấuhaothiếtbị,nhàxưởngvvv
IV Phântíchsảnphẩm. Đểchứngminhsựtạothànhcủasảnphẩmchúngtôiđãdùngcácphươngpháphoálýsau. IV.1 Phươngphápquangphổhồngngoại:
Phổhồngngoạicủatinhbột,củaaxitacrylicvàsảnphẩmghépđượcghitrênm á y q u a n g p h ổh ồngngoạibiếnđổiF o u r i e r ShimadzuF T I R -
8 1 0 1 M Đ ộ phângiải4,0cm -1 ,vớidetector1(2,8mm/ sec).Phổhồngngoạicủatinhbộtđầu( h ì n h 5),củachấthútẩm(hình6)vàcủaaxitacrylic(hình7)
Khácvớiphổhồngngoạicủatinhbột,trênphổhồngngoạicủamẫusảnphẩmx u ấ thiệnvạchhấpt hụt r o n g vù ng 1722cm- 1 ,vạchhấpt h ụtr o n g v ùn g 1722cm -
1đặctrưngc h o d a o độngh o á trịđ ố ix ứngcủan h ó m c a c b o n y l ( C O ) , chịuảnhhưởn gcủamạchpolysacarit.
1,v ớicườngđộhấpthụrất mạnh, pick nàyđặctrưngcho daođộng hoá trịcủaliênkếtC =O , trongkhiđótrênphổhồngngoạicủasảnphẩm,vạchhấpthụnàyởv ùng1 7 2 2 cm -
1,vớicườngđộhấpthụthấp.Vạchhấpthụnàycũngđặctrưngchodaođ ộ ngh o á t r ịcủal i ê n kếtC = O , n h ưngc h ịuảnhhưởngcủamạchp o l y s a c a r i t Ngoàira trên phổhồngngoạicủa sảnphẩm còn xuấthiệnvạchhấpthụ1020cm -1 đặ ctrưngchonhómC-Otrongtinhbột.
Kếtquảnàychothấyquaphảnứngghép,monomerđãthựcsựphảnứngv ớicáct âmhoạtđộngđượctạothànhtrênmạchcơsởcủatinhbột.Kếtquảnàycũngphùhợpvớikế tquảcôngbốtrongcáctàiliệukhác.
PhổnhiễuxạtiaXđượcghitrênmáynhiễuxạtiaXSiemensD5000vớib ứcxạC uKα,góc quét 2θthayđổitừ10-45 0 Phổnhiễuxạcủatinhbột(Hình7)vàcủasảnphẩm(Hình8).
Li n (C ou nt s) L in (C o u n ts )
H-TinhB ot-File:H-TinhBot.raw- Type:2Th/Thl o cked- Start:1 0 000° -End: 45.984° - Step:0.005° - Steptime:19.2s - Temp.:2 5 °C( R oom)- TimeS tarted:9 s- 2 - Theta:10.000° - Theta:5.000° - Op erations:Import
TrênphổRơngencủatinhbộtxuấthiệncácđỉnhvớicườngđộmạnhchothấyt i n h b ộtđầuc ó cấut r ú c t i n h thể.S a u k h i thựchiệnp h ảnứ ngg h é p a x i t a c ry li c thuđ ượcsảnphẩmchấthútẩmcóphổRơngenvớicácđỉnhcócườngđộthấp,kếtquảnàyphùh ợpvớicáctàiliệuđãcôngbố.Chứngtỏrằngcấutrúct i n h thểcủatinhbộtđãthayđổid ướitácdụngcủaviệcghépcácmonomervàomạchphântử.
H-ChatHut Am- F ile:H-ChatHutA m raw -T ype:2Th/Thlock ed- S tart:1 0.000°- En d:45.984° -Step:0.005° - S teptime :19.2s - T emp.:25° C( Room) -T ime Started:9s- 2-Th eta:10.000° - T heta :Op erations:Imp or t
IV.3 Tínhchấtnhiệt Đểnghiêncứutínhchấtnhiệtcủatinhbộtvàsảnphẩmghépaxitacrylicl ê n t i n h bột,tiếnhànhg h i giảnđ ồ p h â n t í c h nhiệtt r ê n m á y p h â n tíchnhiệtShimadz u5 0 , d e t e c t o r TGA-
Trêngiảnđ ồ p h â n tíchnhiệtcủat i n h bột( H ì n h 9 ) , t h ểhiệnr õ 4 v ù n g V ù n g t hứnhấtt ừnhiệtđ ộp h ò n g đếnkhoảng100 0 C,giảmn h a n h trọnglượngmẫu.Vùngt hứhaitừnhiệtđộ100 0 Cđếnkhoảng250 0 C,đườngphântíchnhiệtn ằmngang,khôngt hayđổitrọnglượngmẫu.Vùngthứ3từ250 0 Cđến340 0 C,đ ư ờ ngphântíchnhiệtđixuố ngrấtdốc,trọnglượngmẫugiảmnhanh.Vùngthứt ưtừ340 0 Ctrởđitrọnglượngmẫugi ảmdầnchođếnkhoảng600 0 C,thìtrọnglượnggầnbằngkhông.Kếtquảnàyrấtđặctrưn gchotinhbộtđầunhưđãnêuởt r ê n Vùngthứnhấtchothấysựtáchlượngnướcnhỏởb ềmặtngoài.Vùngthứhaichothấytinhbộthoàntoànbềntrongkhoảngnhiệtđộtương ứng.Vùngthứb a ứngvớisựtáchcácnhómhydroxyltrênmạchpolysacaritcủati nhbộtdướidạngphântửnước.Đườngdốcchứngtỏcácnhómhydroxylgắnvàomạchph ânt ửbằngcácliênkếtcóđộbềngầnnhau.Vùngthứtưứngvớisựphânhuỷnhiệt củatinhbột.
Trêngiảnđồphântíchnhiệtcủachấthútẩm(Hình10)chothấysựkhácbiệtrấtrõs ovớigiảnđồphântíchnhiệtcủatinhbộtnhưđãtrìnhbầy.Quátrìnhmấtnướcxảyrahầunh ưliêntụckhinângnhiệtđộ.Khôngthấycóvùnggiảmt r ọnglượngnh an h ứngv ớiviệ ct ác hc ác nh óm hydroxyl nhưđ ốivớit in hbộtđầu.Trongmẫusảnphẩmcóthểlà hầuhếtcácnhóm hydroxylđã thamgia phảnứngghépvớicácmonomertạoliênkếtngang.Cấutrúccủaphântửcũngtrởnênbềnh ơn,chođến700 0 C,mẫuchưabịphânhuỷhoàntoàn,kếtquảnàycũngphùhợpvớicôngbố củacáctácgiảkhác.
Nhưvậy,nhữngkếtquảthuđượctừviệcsosánhcácphổphântíchnhiệt,nhiễuxạR ơngenvàquangphổhồngngoạicủamẫusảnphẩmsovớichấtđầu chophépkhẳngđịnhrằng,dướitácdụngcủaxúctácceriamoninitratphảnứngg h é p đãđ ượcthựchiện.
SảnphẩmđượcchúngtôitiếnhànhthửnghiệmtạicôngtyCổphầnsảnxuấtĐiề u KỳDiệu.Kếtquảchothấy sản phẩmđãđạtđượccácchỉtiêutheonhàs ửdụngvề: [phụlục7]. Độhútẩm:300lầnđốivớidungdịchnướccất
35lầnđốivớidungdịchnướcmuối0,9%Khản ănghútởtốcđộ3000vòng/phút:đạtyêucầupH:6,5 Độẩm:6%
Nhưvậysovớisảnphẩmhiệnnaychúngta đangnhậpkhẩuvềthìsảnphẩmchấ thútẩmchúngtôiđiềuchếđượccóthểứngdụngđượcvàoviệcsảnxuấtbăng,bỉmvệs inhtrẻem.Hơnnữachúngtađangphảinhậpsảnphẩmtừnướcngoàivềvớigiáthàn hcao,nếusảnxuấtđượcởtrongnướcchỳngtasẽgiảmđượckhoảngẵgiỏthànhsảnp hẩm.
Trêncơsởcáckếtquảnghiêncứuđãđạtđượcchúng tôiđềxuấtqui trìnhcôngn g h ệt ổngh ợpchấth ú t ẩ ms ửd ụngc h o người,v ớit h à n h phầnc h í n h l à polymersiêuhấpthụđượcđiềuchếbằngphươngphápđồngtrùnghợpghépaxita c r y l i c lêntinhbột.
1 Hồhoátinhbột:Tinhbộtđượchoàtantrongnướctheotỷlệ2,43littrên 162gamtinhbột.Hỗnhợpphảnứngđượckhuấyđềutrongdòngkhínitơvớithờigi ankhoảng5phút.Nângnhiệtđộphảnứnglên85 0 C,giữphảnứngởnhiệtđộnàytrongkh oảngthờigian45phút.Kếtthúcgiaiđoạnhồhoáhạnhiệtđ ộ xuống30 0 C.
2 Giữphảnứngởnhiệtđộ30 0 C,bắtđầusụckhíN2,sau5phútnhỏtừtừxú ctácvà ohỗnhợpphảnứng,cứsau 10phútnhỏxúctácthìaxit acryliclại đượcnhỏxuống.Kếtthúcgiaiđoạnnhỏgiọt,ngừngsụcN2,hỗnhợpphảnứngđ ư ợ cgiữở nhiệtđộ30 0 C,khuấyhỗnhợptrongkhoảng4giờ.
4 Đưahỗnhợpphảnứngvềnhiệtđộ80 0 C,trunghoàhỗnhợpbằngdungd ịchNa OH30%đếnpHbằng7,tiếptụckhuấyđềuhỗnhợpphảnứngtrong20p h ú t.Kếtthúcgia iđoạnhồhoáđưanhiệtđộphảnứngvềnhiệtđộphòng.
5 Tẩymàusảnphẩm.C h ú n g t ô i đ ãs ửdụngkhíSO 2s ụcv à o h ỗnhợpphảnứng vớitốcđộnhỏđểkhửmàucủasảnphẩm
8 Phốichếsảnphẩm,đểtạothànhsảnphẩmhútẩmdùngchongườingoàit hà nh ph ầnchínhlàpolymersiêuhấpthụcầncóchấtphụtrợhấpthụvàchấtkhửt rù n g , chúngtôisử dụngchấtphụtrợlàcaolanhvàchấtkhửtrùnglàaxitboricđượctrộnđềutheotỷlệ3%ch ấtphụtrợvà0,1%chấtkhửtrùng.
4 Đãsảnxuấtđược20kgs ảnphẩmv à đãthửnghiệmsảnphẩmởcôngtyCổphầnsảnxu ấtđiềukỳdiệu.Đãđạtđượcnhữngtiêuchuẩnchấtlượngsảnphẩmcủanhàsửdụngvề. Độhútẩm:300lầnđốivớidungdịchnướccất
35lầnđốivớidungdịchnướcmuối0,9%Khảnăng hútởtốcđộ3000vòng/phút:đạtyêucầu pH:6,5 Độẩm:6%
1 HoàngDươngThanh,NguyễnVănKhôi,TrầnVũThắng,“Nghiêncứuđộnghọcvàtínhc hấttrươngnởcủaco- polymehydroxyletylmetylmetacrylamit(HEMA)vàacrylamit(AMA),“Hộinghịkhoahọc vàcôngnghệhoáhọchữucơtoànquốclầnthứIV”,p.672-675,2007.
4 NguyễnVănKhôi,PhạmThuHà,NguyễnThếĐặng,Chấthútẩmđặcbiệtsửdụngtrongn ôngnghiệp,Tạpchíkhoahọcvàcôngnghệ,Tập38(5),tr.34-38,2000.
5 PhùngHà,E.Schacht, “Chấttrươngnở(Hiđrogel)trên cơsởpolyuretannhiệtdẻo”,Tạpchíhoáhọc,T.39,Số2,Tr.82-86,2001.
6 PhùngH à , E S c h a c h t , “ Chấttrươngn ởt h ô n g minht r ê n cơs ởvậtliệup olymerđồngxuyênthấmgiữapolymetacrylicaxitvà polyuretan hoálưới”, Tạpc h í hoáhọc,T.41,Số3,Tr.1-5,2003.
7 PhùngHà,E.Schacht,“Tínhchấttrươngcủageltrêncơsởpolyurethanenhiệtrắntronghỗn hợpdungmôirượu,nước”,Tạpchíkhoahọcvàcôngnghệ,Số3,2001.
8 TrầnThịBính,NguyễnVănKhôi,“Nghiêncứuchếtạochấtgiữẩmtừtinhbột”, Tạpchí Khoah ọcTrườngĐạihọcSưphạmHàNội,số4,tr.69-73,2 0 0 3
9 TrầnThịBính,NguyễnLâm,Nghiêncứuchếtạochấtgiữẩmtừtinhbột,TạpchíKhoah ọcTrườngĐHSPHN,Tập1,số1,tr.107-113,2002.
11 A.Hebeish,M.K.Beliakova,(1998),“Processforpreparingawater- absorbentpolymer”,J.Appl.Polym.Sci.,68,pp1709-1712.
14 AustinH.Young,FrankWerbanac,(1978),US.Pat4,115,332.
16 ChambersD.R.,FowlerH.H.,FijiuraJ.Y.,MasudaF.,(1992),USPat5,145,906.
( 2 0 0 0 ) , “ R e l a t i o n s h i p b e t w e e n w a t e r a b s o r b e n c y a n d reacti onconditionsinaqueoussolutionpolymerizationofpolyacrylatesuperabs orbents”, J.Appl.Polym.Sci.,75,pp.808-814.
(2000),“Swellingbehaviorsofpolyacrylatesuperabsorbentinthemixturesofwaterandhydroph ilicsolvents”,J.Appl.Polym.Sci.,75,pp.1331-1338.
20.D.Castel,A.Ricard,R.Audebert,J.Macromol.,(1988),Sci.-
Chem.,A25(3)235.21.D.R.Patil,G.F.Fanta,(1993),J.Appl.Polym.Sci.,47,pp1765- 1769.
22 D.Trimnel,C.C.Swanson,(1993),J.Appl.Polym.Sci,48,pp1665-1669.
23 D.Trimnel,G.F.Fanta,J.H.Salch,(1996),J.Appl.Polym.Sci.,60,pp285-294.
(1993).Preparationandcharacterizationofhydrogelsobtainedbygraftingofacrylo nitrileontocassavastarchbycericioni n i t i a t i o n , J.Appl.polym.Sci.,47,53-59.
Tínhchấtcủapolymersiêuhấpthụnước
Ứngdụng
Phươngphápnghiêncứu
Nguyênliệu,hoáchất
Hàmlượngtrotổngsố:0,06%Hà mlượngtinhbột:97,5%ĐộpH(D ungdịch10%):5,1Hàmlượngchì
- Xúctác[Ce(NH 4 ) 2 ](NO 3 ) 6lo ạitinhkhiếtcủaĐức.
- NaOH,P(TQ),HNO3,P(TQ),H2SO4,P(TQ),NaNO3,P(TQ)
Dụngcụ,thiếtbị
Phươngphápthựcnghiệm
Cho30gamtinhbộtđãđượchoàtrong450mlnướcvàobìnhcầu3cổđáytròndung tích1000mlđãlắpsẵnmáykhuấycơ,thiếtbịnhỏgiọt,sinhhànhồi lưu.DòngkhíN 2đượ csụcvàodungdịchtrongkhoảngthờigian5phút,nângnhiệtđộ phảnứnglên85 0 C,tiếnhànhhồhoátrongkhoảngthờigian45phút.Sa u đóhạnhi ệtđộxuống30 0 C,khuấyđềudungdịchphảnứngtrongdòngkhí
N2,sau5phútchovàođó3ml(1/2lượng)dungdịchxúctác[Ce(NH4)2]
(NO3)6t r o n gHNO31 M Khuấyđềuhỗnhợpphảnứngtrong10phút,vànhỏtừtừ66mlaxi tacrylic,sau10phútnhỏaxitacryliclạichovàobìnhphảnứng1,5ml(1/4lượng). Saukhinhỏhếtaxitacrylic,tiếptụctiếnhànhphảnứngởnhiệtđộnàyt r o n g khoảngt hờigian4h.Tiếnhànhcấtlôicuốnhơinướcđếnkhidungdịcht h u đượccópHkhoả ng6-
7.Đưanhiệtđộvề80 0 C,trunghoàbằngdungdịchNaOH30%đếnpHbằng7,tiếptục khuấyhỗnhợpphảnứngthêm20phútnữa.Sảnphẩmđượcrửanhiềulầnbằnghỗnhợpeta nolvànước50/50.Sauđókếttủasảnphẩmtrongetanolrồiđemsấychânkhôngởnhiệt độ70 0 Cđếnkhốilượngk h ô n g đổiđemnghiềnsảnphẩm.
4Xácđịnhđộtrươngcủasảnphẩm
Phầntrămgiatrọng
CHƯƠNGIII:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN Đểthựchiệnnhiệmvụđặtratheohướngxâydựngcôngnghệsảnxuấtchấthút ẩm,chúngtôitậptrungnghiêncứunhữngyếutốảnhhưởngđếnhiệuq u ảcủaphảnứn gđồngtrùnghợpghépaxitacryliclêntinhbột.
Các yếutốảnh hưởngđến phần trăm giatrọngvàđộtrươngcủasản phẩm 31 1 Ảnhhưởngcủatỷlệnướcđếnđộtrươngcủasảnphẩm
Ảnhhưởngcủalượngxúctácceri
Nhưđãtrìnhbàytrongđiềukiệnphảnứng,ionCe 4+l à tácnhânkhơimàophảnứ ng,tạog ốct ựd o t r ê n t i n h bột,đểt h ựch i ệnq u á t r ì n h đ ồ ngt r ù n g h ợpghép.Dođól ượngioncericóảnhhưởngđếnlượngsảnphẩmthuđượcvàdunglượnghấpthụnướccủas ảnphẩm.Đểkhảosátảnhhưởngđó,chúngtôiđãtiếnh à n h nhữngthínghiệmkhithayđ ổilượngxúctácceriđưavào.Mỗithínghiệm đãdùng10gamtinhbột,22mlAA,150mlnước,hồhoáở85 0 C,nhiệtđộphản ứng30 0 C,kếtquảthuđượcnhưtrênbảng2
Khitănghàmlượngchấtkhơimàothìđộtrươngcủasảnphẩmcũngtăngđếnmộtgi átrịnhấtđịnhsauđógiảm.Điềunàycóthểlàdokhitănghàmlượngchấtkhơimàosốgốctự dotạothànhtănglên,sốtrungtâmhoạtđộngcũngtăng theorấtnhanhdẫntớităngtốcđộtrùnghợpchung.Tuynhiênhàmlượngchấtkhơim àotăngquácaocũnglàmchosốgốctạothànhphânhuỷnhanh,tăngtốcđộngắtmạch,là mgiảmhiệuquảghépdođóđộtrươnggiảm.Kếtquảthuđượcc h o tathấyđểthựchiệnph ảnứngđồngtrùnghợpghépcầnmộtlượngxúctáckhoảng0,22gamlàthíchhợp,sản phẩmthuđượccóđộtrươngtươngđốicaom à giáthànhcủasảnphẩmlạigiảm.
Ảnhhưởngcủatỷlệtinhbột/axitacrylic
Tinhbộtvàaxitacryliclà2chấtchủyếutrongquátrìnhđiềuchếchấthútẩm,nếuqu átrìnhđồngtrùnghợpghépdiễnrahoàntoàn,sảnphẩmthuđượccómạnglướikhônggia nbachiều,khiđónósẽhấpthụđượcmộtlượngnướcrấtl ớn,l à m t ăngt í n h trươngcủas ảnphẩm.Vìvậyt ỷl ệt i n h b ộtt r ê n a x i t a c r y l i c đ ư ợ cchúngtôinghiêncứuquamộts ốcácthínghiệmchủyếudướiđây.Bẩythínghiệmđượctiếnhànhvớikhốilượngtinhbộtb ằngnhaulà10gam,lượngxúct á c 0,22gam,lượngnước150ml,hồhoáở85 0 C,phảnứng ởnhiệtđộ30 0 C.
Bảng3 :Sựphụthuộccủalượngsảnphẩmvàdunglượnghấpthụnướcvàot ỷsốtinh bột/axitacrylic
Biểuđồ3:Ả nhhưởngcủatỷlệSt/AAđến%Add-on
KhitiếnhànhđồngtrùnghợpghépAAlêntinhbộtchúngtôinhậnthấyk h ităngnồ ngđộcủaAAthìgiatrọngtănglênđồngthờisảnphẩmthuđượccód u n g lượnghấpthụca ohơn,nhưngkhităngquácaosẽtạođiềukiệnchosựtạot h à n h cáckhốihomopolyme,là mgiảmtốcđộkhuyếchtáncủacácphântửmonomerđếncáctrungtâmhoạtđộngtrênphân tửtinhbộtdođólàmgiảmkhảnăngg h é p dẫnđếngiảmđộtrươngcủasảnphẩm.Quabản gtrênchotathấyđểđạtđượcsảnphẩmcódunglượnghấpthụcaotanêndùngtỷlệkhốilượn ggiữatinhbộtvàaxitacrylictheotỷlệ1:2,3làphùhợpnhất,lượngsảnphẩmthuđượcởđi ềukiệnnàycũnglàcaonhất.
Ảnhhưởngcủanhiệtđộphảnứng
Đểxétảnhhưởngcủanhiệtđộphảnứng ghépđốivớilượngsảnphẩmthuđ ư ợ cvàdunglượnghấpthụnướccủasảnphẩm,chúng tôiđãtiếnhànhnghiêncứuphảnứngtổnghợpđồngtrùnghợpghéptrongkhoảngnhiệ tđộtừnhiệtđộp h ò n g đến45 0 C.Mỗithínghiệmđượctiếnhànhvớilượngtinhbộtlà10gam, thểtíchAAlà22mllượngxúctác0,22gam,thểtíchnước150mlvàhồhoáở nhiệtđộ85 0 C.Kếtquảthínghiệmđượctrìnhbàytrongbảngsau.
Khốilượn gsản phẩm(g) %Add-on
Biểuđồ4 :Ảnhhưởngcủanhiệtđộđến%Add-on Ảnhhưởngcủan h i ệtđ ộ đếnphầnt r ămg i a tr ọngv à đ ộ trươngcủas ảnphẩmđã đượcchỉratrênbảng4vàhình6.Cóthểnhậnthấyrằngkhităngnhiệt độphảnứngđến30 0 Csẽlàmtăngvậntốctấtcảcácphảnứngcơsơtrongquát r ì n h đồng trùnghợpghépnhư:quátrìnhhìnhthànhtrungtâmhoạtđộng,phảnứngpháttriểnmạc h… dođókhảnăngghépđạtgiátrịcaonhấtởnhiệtđộ30 0 C,k h i đóphầntrămgiatrọngđạtca onhất.Quánhiệtđộnàyphầntrămgiatrọnggiảm,điềunàycóthểgiảithíchlàkhinhiệtđ ộtănglênsẽlàđiềukiệnthuậnlợic h o phảnứ ngtạot h à n h homopolymel à m g i ảmn ồn gđộmonomerg h é p Đ âycũnglàđiềukiệnthuậnlợichoquátrìnhbiếntínhtinhbộttrong môitrườngaxitv à sựhoàtancủacácphântửamylase,vìvậylàmgiảmkhốilượngcủ aphảnứng,giảmkhảnănghấpthụnướccủasảnphẩm.
Ảnhhưởngcủathờigianđếnkhốilượngsảnphẩmvàdunglượnghấpthụnướ
Đểkhảosátảnhhưởngcủathờigian,chúngtôiđãtiếnhành6thínghiệmv ớilượng tinhbột10gam,thểtíchAAlà22ml,hồhoáởnhiệtđộ85 0 C,phảnứ ngở30 0 C,thểtích nước150mlở6khoảngthờigiankhácnhauvàthấyrõtácd ụngcủathờigianđếnhiệuquả phảnứng.
Khốilượn gsản phẩm(g) %Add-on
Bảng5đãchỉraảnhhưởngcủathời gianđếnphầntrămgiatrọngvà dunglượnghấpthụnước.Nhưvậynếutiếnhànhphảnứngởthờigian quá ítsẽkhôngt h u đượcsảnphẩmtheomongmuốn,khiđódoaxitacrylicvàtinhbộtchưaphản ứngđượcvớinhau,cònkéodàithờigianphảnứngrathìcũngkhônglàmtăngđượckh ốilượng sảnphẩmvìvậythờigianthíchhợp nhấtđểthựchiện phảnứngg h é p là4h. I.6 Khảosátsốlầnnhỏxúctácvàophảnứng
Xúctáclàtácnhânkhơimàochophảnứng,trongphảnứngnàynếuhiệuquảsửdụ ngxúctáctốt,lượnggốctựdosinhrađượcthamgiangayvàophảnứngghépvớiaxit acrylicsẽthuđượcsảnphẩmcóđộtrươngtốthơnvàhạnchếđượ c lượngxúctáccầndùng.Đểkhảosátyếutốnàychúngtôiđãthựchiệntrênc ù n g mộtđiềuki ệnphảnứngvềcácyếutố,chỉthayđổisốlầnnhỏxúctácvàophảnứ ng,khoảngcáchgiữa mỗilầnn h ỏx ú c tácl à 1 0 p h ú t s a u k h i nhỏaxita c r y l i c
No Cáchnhỏ(lư ợngnhỏ/ tổnglượng)
Quacácthínghiệmtrênchotathấynếunhỏlượngxúctáctheonhiềulầnk h á c nh aucũngkhôngảnhhưởngđếndunglượngnước,tuynhiênkhốilượngsảnphẩmthuđ ượccũngbịgiảmđi.Nếunhỏxúctáctheomộtlầnthìgốctựdos i n h ranhiều,tạođiềukiệ nchophảnứngpháttriểnmạchxảyranhanhnhưngđ ồ ngt h ờiphảnứ ngngắtmạchcũ ngxảyranhanhh ơn,d o đ ók h ảnăngg h é p giảm,n h ưngnếunhỏxúct á c mộtc á c h p h ù h ợpsẽc h o k h ốilượngsảnphẩmnhiềuhơ nđồngthờiđộtrươngcũngcaohơn.
Ngoàikhảosátcácyếut ốtrênchúng tôibướcđầuđãthửkhảnăngtẩym à u củas ảnphẩm.Chúngtôitiếnhànhphảnứngvớiđiềukiệntốiưukhảosátđ ư ợ cở t r ê n n h ưn gtrướck h i k ếtt i n h lạisảnp h ẩmc h ú n g t ô i đ ãtẩym à u sảnphẩm.Chúngtôiđãsửdụn gkhíSO2đư ợcđiềuchếtrongbìnhkípbằngcáchnhỏtừtừaxitsunfuaricvàocáctinhth ểNa2SO3.Bướcđầuchochúngtôithấysảnphẩmt h u đư ợcc ómàutrắng,việckhửm àusảnphẩmkhôngảnhhưởngđếnd u n g lượnghấpthụnướccủasảnphẩm.
Chấthútẩmsửdụngchongười
Nhưđ ãbiếtt r o n g p h ầnt ổngq u a n , chấth ú t ẩ md ù n g c h o n g ườin g o à i t hànhphầnchínhlàpolymerđồngtrùnghợpghéplêntinhbột,trongthànhphầncủasảnp hẩmnàycònchứachấtphụtrợhấpthụvàchấtkhửtrùng.Chấthútẩmdùngchongườisa ukhihấpthụlượngdungdịchkhôngtạothànhkhối,hoặctạot h à n h dungdịchnhãoảnh hưởngđếndavàcơthểconngười.Trêncơsởcáctàiliệuđãđượccôngbố,chấtphụtrợhấ pthụởđâycóthểlàcáckhoángvô cơ,hoặcmộtsốpolymertựnhiênnhưtinhbột,xen llulose,chúngtôichọnchấtphụt r ợhấpthụởđâylàmộtkhoángvôcơ,chấtđượcsửdụn gởđâylàcaolanh.Đểkhảosátảnhhưởngcủachấtphụtrợđếnchấthấpthụchongườichú ngtôitiếnh à n h nghiêncứuphầntrămcủachấtphụtrợtrongsảnphẩm.
Chỉtiêutiêuhaonguyênliệuchoviệcsảnxuất1kgsảnphẩm
Trêncơsởcáckếtquảnghiêncứuthuđượcởtrên,chúngtôiđãtiếnhànhnghiênc ứuđiềuchếchấthútẩmởquimôlớnhơn.Đểsảnxuấtđược1kgsảnphẩmchúngtôiđãsử dụngcáchoáchấtvớisốlượngnhưsau:
Ngoàihoáchấtchínhởtrêncònphảikểđếncácchiphíkhácnhưcácloạidung môi,nănglượng,nhâncông,khấuhaothiếtbị,nhàxưởngvvv
Phântíchsảnphẩm
Phươngphápquangphổhồngngoại
Phổhồngngoạicủatinhbột,củaaxitacrylicvàsảnphẩmghépđượcghitrênm á y q u a n g p h ổh ồngngoạibiếnđổiF o u r i e r ShimadzuF T I R -
8 1 0 1 M Đ ộ phângiải4,0cm -1 ,vớidetector1(2,8mm/ sec).Phổhồngngoạicủatinhbộtđầu( h ì n h 5),củachấthútẩm(hình6)vàcủaaxitacrylic(hình7)
Khácvớiphổhồngngoạicủatinhbột,trênphổhồngngoạicủamẫusảnphẩmx u ấ thiệnvạchhấpt hụt r o n g vù ng 1722cm- 1 ,vạchhấpt h ụtr o n g v ùn g 1722cm -
1đặctrưngc h o d a o độngh o á trịđ ố ix ứngcủan h ó m c a c b o n y l ( C O ) , chịuảnhhưởn gcủamạchpolysacarit.
1,v ớicườngđộhấpthụrất mạnh, pick nàyđặctrưngcho daođộng hoá trịcủaliênkếtC =O , trongkhiđótrênphổhồngngoạicủasảnphẩm,vạchhấpthụnàyởv ùng1 7 2 2 cm -
1,vớicườngđộhấpthụthấp.Vạchhấpthụnàycũngđặctrưngchodaođ ộ ngh o á t r ịcủal i ê n kếtC = O , n h ưngc h ịuảnhhưởngcủamạchp o l y s a c a r i t Ngoàira trên phổhồngngoạicủa sảnphẩm còn xuấthiệnvạchhấpthụ1020cm -1 đặ ctrưngchonhómC-Otrongtinhbột.
Kếtquảnàychothấyquaphảnứngghép,monomerđãthựcsựphảnứngv ớicáct âmhoạtđộngđượctạothànhtrênmạchcơsởcủatinhbột.Kếtquảnàycũngphùhợpvớikế tquảcôngbốtrongcáctàiliệukhác.
PhươngphápnhiễuxạRơngen
PhổnhiễuxạtiaXđượcghitrênmáynhiễuxạtiaXSiemensD5000vớib ứcxạC uKα,góc quét 2θthayđổitừ10-45 0 Phổnhiễuxạcủatinhbột(Hình7)vàcủasảnphẩm(Hình8).
Li n (C ou nt s) L in (C o u n ts )
H-TinhB ot-File:H-TinhBot.raw- Type:2Th/Thl o cked- Start:1 0 000° -End: 45.984° - Step:0.005° - Steptime:19.2s - Temp.:2 5 °C( R oom)- TimeS tarted:9 s- 2 - Theta:10.000° - Theta:5.000° - Op erations:Import
TrênphổRơngencủatinhbộtxuấthiệncácđỉnhvớicườngđộmạnhchothấyt i n h b ộtđầuc ó cấut r ú c t i n h thể.S a u k h i thựchiệnp h ảnứ ngg h é p a x i t a c ry li c thuđ ượcsảnphẩmchấthútẩmcóphổRơngenvớicácđỉnhcócườngđộthấp,kếtquảnàyphùh ợpvớicáctàiliệuđãcôngbố.Chứngtỏrằngcấutrúct i n h thểcủatinhbộtđãthayđổid ướitácdụngcủaviệcghépcácmonomervàomạchphântử.
H-ChatHut Am- F ile:H-ChatHutA m raw -T ype:2Th/Thlock ed- S tart:1 0.000°- En d:45.984° -Step:0.005° - S teptime :19.2s - T emp.:25° C( Room) -T ime Started:9s- 2-Th eta:10.000° - T heta :Op erations:Imp or t
IV.3 Tínhchấtnhiệt Đểnghiêncứutínhchấtnhiệtcủatinhbộtvàsảnphẩmghépaxitacrylicl ê n t i n h bột,tiếnhànhg h i giảnđ ồ p h â n t í c h nhiệtt r ê n m á y p h â n tíchnhiệtShimadz u5 0 , d e t e c t o r TGA-
Trêngiảnđ ồ p h â n tíchnhiệtcủat i n h bột( H ì n h 9 ) , t h ểhiệnr õ 4 v ù n g V ù n g t hứnhấtt ừnhiệtđ ộp h ò n g đếnkhoảng100 0 C,giảmn h a n h trọnglượngmẫu.Vùngt hứhaitừnhiệtđộ100 0 Cđếnkhoảng250 0 C,đườngphântíchnhiệtn ằmngang,khôngt hayđổitrọnglượngmẫu.Vùngthứ3từ250 0 Cđến340 0 C,đ ư ờ ngphântíchnhiệtđixuố ngrấtdốc,trọnglượngmẫugiảmnhanh.Vùngthứt ưtừ340 0 Ctrởđitrọnglượngmẫugi ảmdầnchođếnkhoảng600 0 C,thìtrọnglượnggầnbằngkhông.Kếtquảnàyrấtđặctrưn gchotinhbộtđầunhưđãnêuởt r ê n Vùngthứnhấtchothấysựtáchlượngnướcnhỏởb ềmặtngoài.Vùngthứhaichothấytinhbộthoàntoànbềntrongkhoảngnhiệtđộtương ứng.Vùngthứb a ứngvớisựtáchcácnhómhydroxyltrênmạchpolysacaritcủati nhbộtdướidạngphântửnước.Đườngdốcchứngtỏcácnhómhydroxylgắnvàomạchph ânt ửbằngcácliênkếtcóđộbềngầnnhau.Vùngthứtưứngvớisựphânhuỷnhiệt củatinhbột.
Trêngiảnđồphântíchnhiệtcủachấthútẩm(Hình10)chothấysựkhácbiệtrấtrõs ovớigiảnđồphântíchnhiệtcủatinhbộtnhưđãtrìnhbầy.Quátrìnhmấtnướcxảyrahầunh ưliêntụckhinângnhiệtđộ.Khôngthấycóvùnggiảmt r ọnglượngnh an h ứngv ớiviệ ct ác hc ác nh óm hydroxyl nhưđ ốivớit in hbộtđầu.Trongmẫusảnphẩmcóthểlà hầuhếtcácnhóm hydroxylđã thamgia phảnứngghépvớicácmonomertạoliênkếtngang.Cấutrúccủaphântửcũngtrởnênbềnh ơn,chođến700 0 C,mẫuchưabịphânhuỷhoàntoàn,kếtquảnàycũngphùhợpvớicôngbố củacáctácgiảkhác.
Kếtquảthửnghiệmvàsosánhvớisảnphẩmnhậpngoại
SảnphẩmđượcchúngtôitiếnhànhthửnghiệmtạicôngtyCổphầnsảnxuấtĐiề u KỳDiệu.Kếtquảchothấy sản phẩmđãđạtđượccácchỉtiêutheonhàs ửdụngvề: [phụlục7]. Độhútẩm:300lầnđốivớidungdịchnướccất
35lầnđốivớidungdịchnướcmuối0,9%Khản ănghútởtốcđộ3000vòng/phút:đạtyêucầupH:6,5 Độẩm:6%
Nhưvậysovớisảnphẩmhiệnnaychúngta đangnhậpkhẩuvềthìsảnphẩmchấ thútẩmchúngtôiđiềuchếđượccóthểứngdụngđượcvàoviệcsảnxuấtbăng,bỉmvệs inhtrẻem.Hơnnữachúngtađangphảinhậpsảnphẩmtừnướcngoàivềvớigiáthàn hcao,nếusảnxuấtđượcởtrongnướcchỳngtasẽgiảmđượckhoảngẵgiỏthànhsảnp hẩm.
Đềxuấtcôngnghệtổnghợpchấthútẩmsửdụngchongười
Trêncơsởcáckếtquảnghiêncứuđãđạtđượcchúng tôiđềxuấtqui trìnhcôngn g h ệt ổngh ợpchấth ú t ẩ ms ửd ụngc h o người,v ớit h à n h phầnc h í n h l à polymersiêuhấpthụđượcđiềuchếbằngphươngphápđồngtrùnghợpghépaxita c r y l i c lêntinhbột.
1 Hồhoátinhbột:Tinhbộtđượchoàtantrongnướctheotỷlệ2,43littrên 162gamtinhbột.Hỗnhợpphảnứngđượckhuấyđềutrongdòngkhínitơvớithờigi ankhoảng5phút.Nângnhiệtđộphảnứnglên85 0 C,giữphảnứngởnhiệtđộnàytrongkh oảngthờigian45phút.Kếtthúcgiaiđoạnhồhoáhạnhiệtđ ộ xuống30 0 C.
2 Giữphảnứngởnhiệtđộ30 0 C,bắtđầusụckhíN2,sau5phútnhỏtừtừxú ctácvà ohỗnhợpphảnứng,cứsau 10phútnhỏxúctácthìaxit acryliclại đượcnhỏxuống.Kếtthúcgiaiđoạnnhỏgiọt,ngừngsụcN2,hỗnhợpphảnứngđ ư ợ cgiữở nhiệtđộ30 0 C,khuấyhỗnhợptrongkhoảng4giờ.
4 Đưahỗnhợpphảnứngvềnhiệtđộ80 0 C,trunghoàhỗnhợpbằngdungd ịchNa OH30%đếnpHbằng7,tiếptụckhuấyđềuhỗnhợpphảnứngtrong20p h ú t.Kếtthúcgia iđoạnhồhoáđưanhiệtđộphảnứngvềnhiệtđộphòng.
5 Tẩymàusảnphẩm.C h ú n g t ô i đ ãs ửdụngkhíSO 2s ụcv à o h ỗnhợpphảnứng vớitốcđộnhỏđểkhửmàucủasảnphẩm
8 Phốichếsảnphẩm,đểtạothànhsảnphẩmhútẩmdùngchongườingoàit hà nh ph ầnchínhlàpolymersiêuhấpthụcầncóchấtphụtrợhấpthụvàchấtkhửt rù n g , chúngtôisử dụngchấtphụtrợlàcaolanhvàchấtkhửtrùnglàaxitboricđượctrộnđềutheotỷlệ3%ch ấtphụtrợvà0,1%chấtkhửtrùng.
Kếtluận
4 Đãsảnxuấtđược20kgs ảnphẩmv à đãthửnghiệmsảnphẩmởcôngtyCổphầnsảnxu ấtđiềukỳdiệu.Đãđạtđượcnhữngtiêuchuẩnchấtlượngsảnphẩmcủanhàsửdụngvề. Độhútẩm:300lầnđốivớidungdịchnướccất
35lầnđốivớidungdịchnướcmuối0,9%Khảnăng hútởtốcđộ3000vòng/phút:đạtyêucầu pH:6,5 Độẩm:6%
Kiếnnghị
1 HoàngDươngThanh,NguyễnVănKhôi,TrầnVũThắng,“Nghiêncứuđộnghọcvàtínhc hấttrươngnởcủaco- polymehydroxyletylmetylmetacrylamit(HEMA)vàacrylamit(AMA),“Hộinghịkhoahọc vàcôngnghệhoáhọchữucơtoànquốclầnthứIV”,p.672-675,2007.
4 NguyễnVănKhôi,PhạmThuHà,NguyễnThếĐặng,Chấthútẩmđặcbiệtsửdụngtrongn ôngnghiệp,Tạpchíkhoahọcvàcôngnghệ,Tập38(5),tr.34-38,2000.
5 PhùngHà,E.Schacht, “Chấttrươngnở(Hiđrogel)trên cơsởpolyuretannhiệtdẻo”,Tạpchíhoáhọc,T.39,Số2,Tr.82-86,2001.
6 PhùngH à , E S c h a c h t , “ Chấttrươngn ởt h ô n g minht r ê n cơs ởvậtliệup olymerđồngxuyênthấmgiữapolymetacrylicaxitvà polyuretan hoálưới”, Tạpc h í hoáhọc,T.41,Số3,Tr.1-5,2003.
7 PhùngHà,E.Schacht,“Tínhchấttrươngcủageltrêncơsởpolyurethanenhiệtrắntronghỗn hợpdungmôirượu,nước”,Tạpchíkhoahọcvàcôngnghệ,Số3,2001.
8 TrầnThịBính,NguyễnVănKhôi,“Nghiêncứuchếtạochấtgiữẩmtừtinhbột”, Tạpchí Khoah ọcTrườngĐạihọcSưphạmHàNội,số4,tr.69-73,2 0 0 3
9 TrầnThịBính,NguyễnLâm,Nghiêncứuchếtạochấtgiữẩmtừtinhbột,TạpchíKhoah ọcTrườngĐHSPHN,Tập1,số1,tr.107-113,2002.
11 A.Hebeish,M.K.Beliakova,(1998),“Processforpreparingawater- absorbentpolymer”,J.Appl.Polym.Sci.,68,pp1709-1712.
14 AustinH.Young,FrankWerbanac,(1978),US.Pat4,115,332.
16 ChambersD.R.,FowlerH.H.,FijiuraJ.Y.,MasudaF.,(1992),USPat5,145,906.
( 2 0 0 0 ) , “ R e l a t i o n s h i p b e t w e e n w a t e r a b s o r b e n c y a n d reacti onconditionsinaqueoussolutionpolymerizationofpolyacrylatesuperabs orbents”, J.Appl.Polym.Sci.,75,pp.808-814.
(2000),“Swellingbehaviorsofpolyacrylatesuperabsorbentinthemixturesofwaterandhydroph ilicsolvents”,J.Appl.Polym.Sci.,75,pp.1331-1338.
20.D.Castel,A.Ricard,R.Audebert,J.Macromol.,(1988),Sci.-
Chem.,A25(3)235.21.D.R.Patil,G.F.Fanta,(1993),J.Appl.Polym.Sci.,47,pp1765- 1769.
22 D.Trimnel,C.C.Swanson,(1993),J.Appl.Polym.Sci,48,pp1665-1669.
23 D.Trimnel,G.F.Fanta,J.H.Salch,(1996),J.Appl.Polym.Sci.,60,pp285-294.
(1993).Preparationandcharacterizationofhydrogelsobtainedbygraftingofacrylo nitrileontocassavastarchbycericioni n i t i a t i o n , J.Appl.polym.Sci.,47,53-59.