bài 1 thí nghiệm ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN ĐỀ VẬT LIỆU HỮU CƠ BÀI 1: NHẬN BIẾT PLASTIC THÔNG DỤNG VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT GVHD: TS PHAN VŨ HỒNG GIANG Ngày thí nghiệm: Nhóm 01 HỌC KỲ I – NĂM HỌC 2022-2023 I NHẬN DẠNG MỘT SỐ LOẠI POLYMER THÔNG DỤNG - Sử dụng biểu đồ nhận dạng loại plastic thông dụng (plastics identification chart) dung dịch có khối lượng riêng phù hợp (ví dụ: nước d=1.00 g/cm3,ethanol 43% d=0,93 g/cm3, CaCl2 32% d=1,3 g/cm3, ) để định danh mẫu plastic giao buổi thí nghiệm Khi thực cần lưu ý biểu đồ xây dựng dựa đặc tính chung quan sát vật liệu, chất phụ gia, chất màu yếu tố khác làm thay đổi thơng tin nhận Lưu ý: - Cần cẩn thận tiến hành nhận dạng loại plastic phương pháp đốt mẫu mùi tạo thường khó chịu gây hại - Khi đốt mẫu, đốt góc mẫu, phải sử dụng đĩa petri để hứng giọt chảy (nếu có) muội than TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM MẪU MẪU MẪU Hình 1.1 Các mẫu nhựa thực nghiệm Mẫu thử: bao gồm mẫu nhựa (đã cắt thành miếng nhỏ) - Dùng phương pháp lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để dự đoán phân loại tạm thời Tiến hành đốt trực tiếp, quan sát tượngkhi cháy Mẫu 1: - Dùng phương pháp lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân loại tạm thời mẫu nhựa - Tiến hành đốt trực tiếp quan sát tượng cháy Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm thành chất lỏng đốt lửa đèn cồn đóng rắn lại làm nguội => Vậy mẫu nhựa nhiệt dẻo - Thả mẫu nhựa trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu chìm nước => mẫu khơng phải polyolefins - Mà đốt lên mẫu cháy nhanh, cho đầu lửa màu vàng xuất vệt màu đen đưa xa lửa => Từ kiện kết luận mẫu PET Hình 1.2 Mẫu nhựa số A Mẫu ban đầu; B Mẫu thả xuống nước; C Mẫu sau đốt Mẫu 2: - Dùng phương pháp lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân loại tạm thời mẫu nhựa - Tiến hành đốt trực tiếp quan sát tượng cháy Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm thành chất lỏng đốt lửa đèn cồn đóng rắn lại làm nguội => Vậy mẫu nhựa nhiệt dẻo - Thả mẫu nhựa trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu nước => mẫu polyolefins => Mà đốt lên mẫu cháy chậm, tiếp tục cháy đưa xa cho đầu lửa màu vàng => Từ kiện kết luận mẫu PP Hình 1.3 Mẫu nhựa số A Mẫu ban đầu; B Mẫu thả xuống nước; C Mẫu sau đốt Mẫu 3: - Dùng phương pháp lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân loại tạm thời mẫu nhựa - Tiến hành đốt trực tiếp quan sát tượng cháy Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm thành chất lỏng đốt lửa đèn cồn đóng rắn lại làm nguội => Vậy mẫu nhựa nhiệt dẻo - Thả mẫu nhựa trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu nước => mẫu polyolefins - Mà đốt lên mẫu cháy nhanh, tiếp tục cháy đưa xa cho đầu lửa màu vàng => Từ kiện kết luận mẫu PE Hình 1.4 Mẫu nhựa số A Mẫu ban đầu; B Mẫu thả xuống nước; C Mẫu sau đốt Kết luận: Mẫu Phân loại PET PP PE II XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT Độ nhớt tương đối: Trong ŋ, t ŋo , to độ nhớt thời gian chảy nhớt kế dung dịch dung môi nguyên chất Độ nhớt riêng ŋsp: Khối lượng phân tử Poly(vinyl alcohol) (PVA) áp dụng theo phương trình Mark-Houwink: [ŋ] = K𝑀̅ a Trong đó: K= 2,0x10-4 dL/g, a = 0,76 (cho hệ PVA/nước) Độ nhớt đặc trưng: III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Sau đo độ nhớt dung môi (nước) với thời gian chảy 229 (s) _ Ta đo thời gian chảy PVA ứng với nồng độ 0,25; 0,50; 0,75; 1,00 g/ dL Ta có: kết thực nghiệm: C (g/dL) (mẫu trắng) 0,25 0,50 0,75 1,00 t1 (s) 229 261 362 457 547 t2 (s) 231 267 387 462 549 t3 (s) 233 264 391 464 572 tTB 231 264 380 461 556 Ta có bảng số liệu sau: C (g/dL) (mẫu trắng) 231 - - - 264 1,143 0,143 0,572 0,50 380 1,645 0,645 1,290 0,75 461 2,000 1,000 1,333 1,00 556 2,407 1,407 1,407 0,25 Từ bảng số liệu trên, theo ŋ sp C Giản đồ ŋ𝐬𝐩/𝑪 C hệ 𝐏𝐕𝐀/𝒏ướ𝒄 C hệ 𝐏𝐕𝐀/𝒏ướ𝒄ướ𝒄 1.6 f(x) = 1.02 x + 0.51 R² = 0.72 1.4 1.2 C hệ PVA ta có 0.8 nước 0.6 biểu đồ: 0.4 0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Từ giản đồ ta phương trình y = 1.0192x + 0.5135 với R² = 0.7162 ŋ sp Trong y C x C Dung phương pháp ngoại suy, Ta có: x = → y = 0,7162 = [ŋ] Lại có: [ŋ] = K(MPVA)a ↔ 0,7162 = 2,0 x 10-4 x (MPVA)0,76 1.1 ↔ MPVA = 47459.31603 Vậy: Khối lượng phân tử trung bình nhớt mẫu polymer 47459.31603 g/mol IV TRẢ LỜI CÂU HỎI: Câu 1: Hãy trình bày cách nhận biết loại plastic thực buổi thí nghiệm phương pháp tỷ trọng phương pháp lửa Phương pháp lửa: phương pháp này, ta quan sát tính chất đốt vật liệu lửa, là: khả trì cháy màu sắc lửa, mùi, tốc độ cháy, nhỏ giọt hay khơng số tính chất đặc trưng khác Sử dụng biểu đồ nhận dạng số loại plastic thông dụng (Plastic Indentification Chart) để xác định màu sắc lửa loại nhựa Phương pháp tỷ trọng: tỷ trọng d tỷ số khối lượng riêng chất với khối lượng riêng chất tham chiếu (chất tham chiếu thí nghiệm nước) Trong phương pháp ta dựa chênh lệch khối lượng riêng polymer nước (≈ g/L), khối lượng riêng polymer nhỏ g/L vật liệu nổi, ngược lại, khối lượng riêng polymer lớn g/L vật liệu chìm Dựa theo bảng khối lượng riêng số loại polymer: Polyme r PP HDPE PET PS HIPS PVC PC PA6 LDPE PMMA Khối lượng riêng (g/mL) ~ 0,905 ~ 0,96 ~ 1,135 – 1,39 ~ 1,05 ~ 1,04 ~ 1,35 ~ 1,20 ~ 1,14 ~ 0,925 ~ 1,18 Câu 2: Tại nhựa PA sủi bọt cháy có khả tự dập tắt lửa? - Nhựa polyamide (PA) có nhóm chức đặc trưng dùng để liên kết monomer liên kết: nên có khả hút ẩm Trong khơng khí ln có ẩm, nên phân tử nước dễ dàng len lõi vào mạch polymer Các phân tử nước hấp thụ nằm xen kẽ bên mạch phân tử nhận nhiệt lượng giãn nở làm tăng thể tích, ngồi dạng tạo thành bọt - Các loại nhựa PA tạo từ nguyên tố C, H, O, N Khi bị đốt thơng thường tạo khí CO2, H2O, N2 hợp chất khác Với lượng khí trơ CO2, N2,… đòi hỏi lượng lớn O2 để trì cháy Vì PA dễ dàng tự dập tắt lửa Câu 3: Tại nhựa PET có nhiệt độ nóng chảy khoảng 255-260oC ly nhựa PET lại khơng thể chịu nước nóng 80oC, PP có nhiệt độ nóng chảy khoảng 165-170oC ly nhựa PP lại chịu nước sôi 100oC? Vì ly nhựa PET phần lớn chất rắn vơ định hình nên nhiệt độ 80oC (trên nhiệt độ Tg) chuyển sang trạng thái mềm cao ta cho làm lạnh từ từ chuyển sang trạng thái kết tinh chịu nhiệt độ cao khoảng 255 - 260oC Còn ly nhựa PP phần lớn nhựa PP kết tinh isotactic nên có độ bền lý cao chịu nhiệt độ nước sôi Câu 4: Chỉ số chảy MFI plastic gì? - Ta có: số chảy MFI viết tắt từ Melt Flow Index Là số dùng để xác định đặc tính dỏng chảy vật liệu nhiệt độ áp suất định - Chỉ số chảy (MFI) MI số gam nhựa nhiệt dẻo đùn thời gian 10 phút điều kiện chuẩn, định nhớt kế mao quản áp suất khơng đổi Chỉ số nóng chảy thể tính lưu động nhựa nhiệt đẻo trạng thái nóng chảy nhiệt độ áp khơng đổi Chỉ số nóng chảy lớn khối lượng phân tử nhỏ khả lưu động cao dễ gia công - Khi chạy nhựa HDPE máy ép phun, MFI yêu cầu thường cao, ép phun thường sử dụng để tạo sản phẩm có nhiều chi tiết phức tạp, ví dụ két bia Cịn máy ép đùn, số MFI khơng cần cao - Giá trị MI phù hợp HDPE cho gia công sản phẩm của: o Ống nhựa HDPE: Loại 45GP00 46GP00 46GP00 o Chai nhựa HDPE: MI = 3,90 g/10 MI 0,45 g/10 0,30 g/10 0,90 g/10 o Két bia HDPE: MI = 1,20 g/10 Câu 5: Tại để đặc trưng cho khối lượng phân tử nhựa PET lại sử dụng giá trị độ nhớt đặc trưng (IV) mà không sử dụng MI, nêu ứng dụng cụ thể nhựa PET theo giá trị IV khác Đơn vị độ nhớt đặc trưng IV: - Ta có độ nhớt tương đối: Độ nhớt tương đối tỷ số độ nhớt dung dịch polymer độ nhớt dung môi Khi khảo sát với nồng độ chất tan thấp độ nhớt tương đối cịn tính thời gian dung dịch polymer qua thể tích chia cho thời gian dung mơi qua thể tích tương tự => Độ nhớt tương đối khơng có đơn vị - Quy ước rằng: - Như vậy, độ nhớt đặc trưng thể công thức: - Vì độ nhớt ηspec khơng có đơn vị, nên đơn vị độ nhớt đặc trưng phụspec đơn vị, nên đơn vị độ nhớt đặc trưng phụ thuộc vào nồng độ C, nồng độ tính đơn bị g/dL, suy đơn vị IVphải dL/g Trong đó: t: thời gian chảy trung bình dung dịch (s) t0: thời gian chảy trung bình dung mơi (s) C: nồng độ dung dịch polymer (dL/g) → Nhựa PET nhiệt độ nóng chảy lớn nên dùng MI khó, đo khơng phù hợp, nên phải đo IV Dùng IV đặc trưng cho khối lượng phân tử, độ nhớt lớn khối lượng phân tử cao Tùy thuộc vào sản phẩm mà ta chọn loại nhựa PET có giá trị IV phù hợp để đạt hiệu kinh tế cao - Chai chứa nước: không cần độ bền cao chai có gas, độ bền cần giữ để chai ln ổn định, giá trị IVthích hợp từ 0,78 đến 0,8 dL/g - Chai nước có gas (CSD): nhựa phải có độ bền cao để chịu ứng suất nội carbon dioxide gây ra, mà khơng gây biến dạng, nổ Loại nhựa thích hợp loại có IVcao khoảng từ 0,8 đến 0,82 dL/g mức copolymer thấp - Chai bia: cần tính chất tương tự chai nước có gas, yêu cầu cao hơn, chịu nhiệt độ trình chiết rót nóng, tiệt trùng, tính che chắn cao (độ thẩm thấu khí oxy, carbon dioxide thấp hơn), mức địi hỏi tùy thuộc vào loại bia, kích thước chai, điều kiện môi trường (hạn sử dụng, nhiệt độ, độ ẩm) Có thể cải thiện tính che chắn màng phủ tạo chai nhiều lớp Giá trị IV thích hợp khoảng ≥ 0,89 dL/g Câu 7: Hãy tự tra cứu tài liệu số Mark – Houwink cặp polymer/ dung mơi polystyrene/tetrahydrofuran, sau xác định khối lượng phân tử trung bình nhớt PS theo số liệu cho bảng Ta có: Trong đó: [ηspec khơng có đơn vị, nên đơn vị độ nhớt đặc trưng phụ]: độ nhớt đặc trưng polymer, dL/g MV: phân tử lượng trung bình polymer tính theo độ nhớt, g/mol K, a: số phụ thuộc vào chất polymer dung môi Hằng số Mark – Houwink cặp polymer/dung mơi polystyrene/tetrahydrofuran, có giá trị sau: K = 0,00016 a = 0,700 [η], dL/g MV, g/mol Mẫu 0,2769 42267,62 Mẫu 0,1995 26460,87 Mẫu 0,1711 21248,52 Mẫu 0,1208 12922,68 12