Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tối ưu hóa quy trình pha chế dung dịch tẩy rửa mực UV

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VIỆT HƯƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Văn Thắng Phản biện 1: TS Trần Đình Chính TỐI ƯU HĨA QUY TRÌNH PHA CHẾ DUNG DỊCH TẨY RỬA MỰC UV Phản biện 2: GS Đào Hùng Cường Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 60.44 27 Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Khoa học Hóa hữu Họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 06 năm 2011 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng - 2011 * Có thể tìm hiểu Luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU - Kiểm tra, so sánh số tính chất chất tẩy rửa gốc nước chế tạo ñược phịng thí nghiệm với chất tẩy rửa gốc dung mơi nhập ngoại ñưa kiến nghị phù hợp Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Công nghệ in offset, mực in UV chất tẩy rửa mực in UV dùng công nghiệp in offset - Nghiên cứu chế tạo phòng thí nghiệm chất tẩy rửa gốc nước để tẩy rửa mực UV bám lô cao su máy in offset, kiểm tra kết tìm ñược 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn hóa chất để pha chế phịng thí nghiệm chất tẩy rửa gốc nước ñể tẩy rửa mực UV - Xây dựng mơ hình thực nghiệm thống kê hai mức tối ưu biểu diễn quan hệ hiệu suất tẩy rửa với thành phần chất Tối ưu hố mơ hình để tìm thơng số công nghệ tối ưu chế tạo chất tẩy rửa nhằm ñạt hiệu suất tẩy rửa cao - Kiểm tra, so sánh khả tẩy rửa chất tẩy rửa gốc nước chế tạo ñược với chất tẩy rửa gốc dung môi nhập ngoại Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết sau tiến hành thực nghiệm phịng thí nghiệm - Dùng phương pháp triển khai cơng nghệ hóa học để xây dựng mơ hình thực nghiệm, tối ưu hố mơ hình nhằm xác định thơng số cơng nghệ tối ưu cho q trình tẩy rửa đạt hiệu suất cao - Dùng phương pháp dụng cụ phân tích phổ ñại ñể kiểm tra ñánh giá kết thực nghiệm phổ hồng ngoại phổ Raman Lý chọn đề tài Ở Việt Nam, ngành cơng nghiệp in ngành công nghiệp phát triển với số lượng nhà máy, xí nghiệp, cơng ty in nước nghìn sở Trong công nghiệp in nước ta, phương pháp in offset chiếm tỷ trọng 50% với sản phẩm in offset yêu cầu chất lượng cao người ta thường sử dụng loại mực UV ñể in Tuy nhiên, trình in, phần ánh sáng khả kiến chiếu vào mực UV gây tượng bẩn ống in, in làm ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm in, phải tẩy rửa mực in UV gây tượng bám bẩn Hiện nay, hầu hết xí nghiệp in nước ta có sử dụng mực UV phải nhập lượng lớn chất tẩy rửa mực UV Những chất tẩy rửa có hàm lượng dung mơi hữu cao, gây nhiễm mơi trường, lại có giá thành cao, nguồn cung cấp khơng ổn định, kịp thời Do việc nghiên cứu nhằm tối ưu hóa q trình pha chế dung dịch chất tẩy rửa mực UV gốc nước phịng thí nghiệm, thân thiện với mơi trường, thay chất tẩy rửa nhập ngoại ñể chủ ñộng cung cấp nước tẩy rửa, góp phần giảm chi phí sản xuất in nhiệm vụ cấp bách đề cho đề tài Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu nguyên lý làm việc máy in offset, mực in UV chế tẩy rửa mực in UV cho lô cao su,bản in sản xuất in - Xây dựng mơ hình thực nghiệm biểu diễn trình pha chế chất tẩy rửa gốc nước ñể tẩy rửa mực in UV bám lô cao su máy in offset tối ưu hóa mơ hình để tìm thành phần chất tẩy rửa tối ưu cho ñạt ñược hiệu suất tẩy rửa lớn Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học - Sử dụng phương pháp tiếp cận hệ thống để triển khai cơng nghệ đại, phù hợp với quy mơ phịng thí nghiệm - Chất tẩy rửa có số ưu điểm bật: có khả tẩy rửa tương ñương với chất tẩy rửa nhập ngoại, có tính kinh tế, cung cấp kịp thời nhu cầu nước giảm thiểu việc gây ô nhiễm môi trường 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Đây ñề tài xuất phát từ nhu cầu thực tế nên sở kết nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa phịng thí nghiệm tiếp tục nghiên cứu ñể triển khai thực tế sản xuất - Chủ ñộng cung cấp cho sở in nước, giảm chi phí nhập - Đây chất tẩy rửa gốc nước, thân thiện với môi trường Cấu trúc luận văn Chương 1: Tổng quan in offset chất tẩy rửa mực in Chương 2: Cơ sở lý thuyết mơ hình nghiên cứu q trình cơng nghệ chế tạo chất tẩy rửa mực UV Chương 3: Thực nghiệm xây dựng mô hình thảo luận kết Bên cạnh đó, tiềm xuất cho sản phẩm in ấn Việt Nam lớn nhờ vào lợi cạnh tranh giá nhân cơng rẻ tính ổn định thị trường so với nước khác khu vực Hoạt ñộng xuất sản xuất ñang tạo nhiều hội cho phát triển ngành cơng nghiệp đóng gói Việt Nam Nhiều nhà đầu tư nước ngồi nhận tiềm hội lĩnh vực Việt Nam Điều hội tốt cho công ty hoạt động lĩnh vực đóng gói ñầu tư hợp tác với công ty Việt Nam 1.2 Các phương pháp công nghệ in 1.2.1 In typo 1.2.2 In flexo 1.2.3 In ống ñồng 1.2.4 In lụa 1.2.5 In offset 1.3 Công nghệ in offset mực in offset 1.3.1 Giới thiệu mực in offset 1.3.2 Giới thiệu công nghệ in offset Chương TỔNG QUAN VỀ MỰC IN VÀ CHẤT TẨY RỬA MỰC IN UV TRONG IN OFFSET 1.1 Khái quát ngành công nghiệp in Việt Nam Việt Nam, ñất nước với 80 triệu dân phát triển nhanh chóng ngành cơng nghiệp In ấn, Bao bì đóng gói mang đến nhiều hội cho doanh nghiệp ngồi nước Với chi phí lao ñộng thấp, nhu cầu nước tăng cao, doanh nghiệp Việt Nam có cơng nghệ thấp tạo hội cho cơng ty nước ngồi muốn đầu tư dài hạn Việt Nam In offset kỹ thuật in ấn đó, hình ảnh dính mực in ép lên cao su (cịn gọi offset) trước ép từ miếng cao su lên giấy Khi sử dụng với in thạch bản, kỹ thuật tránh ñược việc làm nước bị dính lên giấy theo mực in 1.3.3 Giới thiệu máy in offset 1.4 Mực in UV 1.4.1.Giới thiệu mực in UV Mực UV sử dụng lượng tử ngoại để thúc đẩy hình thành liên kết ngang polyme Mực UV loại mực đóng rắn tác dụng xạ cực tím (UV) có bước sóng λ = 200- 400 nm xạ chùm ñiện tử (EB) Khi ñược chiếu sáng UV, lượng photon hấp thụ electron nhóm cacbonyl (electron nhóm bị chia cắt để chuyển từ quỹ đạo khơng liên kết sang quỹ đạo phản liên kết π) Khi hấp thụ lượng UV, electron chuyển từ trạng thái lượng E1 lên quỹ ñạo trạng thái lượng cao En (En = E1 + ∆E) Trong ngành công nghệ in nay, mực UV có nhiều ứng dụng như: in flexo, in offset, in phun, in nhãn hàng, in lưới, in nhôm láng,… 1.4.2 Thành phần mực in UV Mực in UV có ba thành phần là chất tạo màng, pigment phụ gia Thành phần theo khối lượng chất mực UV thường sau: • (15- 20)% Pigment – chất màu • (25- 40)% Prepolyme • (15- 30)% Monome/ Oligeme • (5- 10)% Chất khơi mào • (5- 10)% Phụ gia khác 1.4.2.1 Chất màu 1.4.2.2 Chất khơi mào : 1.4.2.3 Các monome, oligome 1.4.2.4 Chất tạo màng 1.4.2.5 Chất phụ gia 1.4.3 Nghiên cứu chế khô mực in UV offset Mực UV offset khơ q trình chiếu sáng tia UV có bước sóng nằm khoảng từ 100-380nm Năng lượng tia UV kích thích ñiện tử phân tử chất khơi mào, tạo gốc tự bậc cao Các gốc tự phản ứng với monome có thành phần mực tạo thành polyme Sự tạo thành polyme làm khô màng mực Cơ chế phản ứng xảy sau: Vì electron có thời gian tồn ngắn giai đoạn kích thích nên sau trở lại trạng thái phát xạ lượng Năng lượng truyền vào liên kếy xung quanh nối ñôi Việc cung cấp ñủ lượng làm cho liên kết bị bẻ gãy ñể tạo chất ñồng phân ly, Chính cặp chất tự Chiếu sáng UV Phản ứng khơi mào Phản ứng trùng hợp Hình thành màng mực Ngồi khơ mực in UV phụ thuộc vào yếu tố như: Năng lượng xạ, nguồn sáng UV, xạ UV hiệu dụng, cơng suất đèn 1.4.4 An tồn lao động làm việc mơi trường UV 1.5 Tìm hiểu chất tẩy rửa mực in UV 1.5.1 Mục ñích sử dụng chất tẩy rửa mực Trong trình in với sản phẩm sử dụng mực in UV, sau in xong sản phẩm ñược làm khơ ánh sáng xạ cực tím (UV) Thực tế, dải quang phổ, ánh sáng UV ñứng trước ánh sáng nhìn thấy chất tạo màng mực nằm khoảng hai quang phổ ánh sáng UV ánh sáng nhìn thấy Do sản phẩm khơ ánh sáng UV có phần tia UV từ nguồn tán xạ ánh sáng nhìn thấy chiếu vào phần mực thừa gây tượng khô từ từ mực tạo cặn làm bẩn ống cao su ống (Hình 1.1) Vì vậy, để khắc phục tượng bám bẩn người ta sử dụng chất tẩy rửa ñể làm vết bẩn mực 10 thừa bị tia UV chiếu tạo thành Tuy nhiên lớp mực thừa gây bẩn tẩy rửa chưa bị khơ cứng hồn tồn hướng vỏ solvat phân tử, thâm nhập dung môi vào khoảng không gian cao phân tử Các phân tử dung mơi khối cao phân tử hấp thụ làm yếu liên kết phân tử lớn cao phân tử Mặt khác, tia UV chiếu vào phần mực thừa có cường độ thấp nên q trình khơ mực thừa xảy chậm việc rửa lơ cao su tiến hành lần thay in 1.5.2 Yêu cầu ñối với chất tẩy rửa cho mực in offset UV Chất tẩy rửa phải có yêu cầu sau: Thời gian khơ (Tốc độ khơ) phù hợp; Tốc độ khơ phụ thuộc vào số thơng số kích thước máy in, thời gian thao tác máy (khi in tờ rời có kích thước lớn in máy in giấy cuộn chất tẩy rửa khơ nhanh Một u cầu quan trọng với chất tẩy rửa khơng làm tổn hại đến lơ cao su thiết bị cần tẩy rửa Yêu cầu mùi chất tẩy rửa: khơng gây sốc (hoặc mùi khó chịu) cho người tẩy rửa Cuối yêu cầu khơng thể thiếu chất tẩy rửa phải khơng độc hại người, thân thiện với mơi trường đảm bảo u cầu an tồn lao động 1.5.3 Cơ chế q trình hịa tan cao phân tử Trong trình tẩy rửa, chất tẩy rửa hấp phụ lên bề mặt màng mực sau hòa tan phân tử màng mực vào dung dịch tẩy rửa Quá trình làm trương nở hợp chất cao phân tử có màng mực nhờ solvat hố phân tử polyme đồng thời nhờ khuếch tán chiều phân tử dung môi vào phân tử polyme Sự trương nở giai đoạn q trình hồ tan hợp chất cao phân tử Trong giai ñoạn ñầu tiên, khối cao phân tử hấp thụ dung môi dung dịch tẩy rửa, thể tích màng cao phân tử tăng mạnh, song thể tích chung tồn hệ giảm Sự giảm gọi tượng co ngót Sự co ngót thể tích phân tử dung mơi xếp ñịnh Giai ñoạn hai: Các phân tử lớn khối cao phân tử liên kết với yếu dần nên khuếch tán vào dung môi hồ tan Q trình xảy tương tự pha lỗng dung dịch Giai đoạn ba: Giai đoạn hình thành pha đồng thể, chuyển hợp chất cao phân tử vào trạng thái dung dịch thực Hiện tượng hoàn toàn giống trường hợp hai chất lỏng hồ tan vào hạn chế, q trình sau: 1.5.4 Một số ñặc trưng trương nở phân tử cao phân tử 1.5.5 Lựa chọn hóa chất tẩy rửa Theo [4], từ kết nghiên cứu chất tẩy rửa hợp chất polyme cần phải có dung mơi làm trương polyme sau hịa tan polyme nên thường hiđroquinon Kết hợp với ý kiến chuyên gia kết hợp với việc phân tích chất tẩy rửa mẫu Đức (ACEDINFORM 171), chúng tơi chọn hóa chất sau ñể pha chế chất tẩy rửa mực UV, bao gồm: Methyl Isobutyl Ketone (MIBK), Sodium Dodecyl Benzen Sunfonate (SBDS) Iso Propyl Alcohol (IPA) Các hợp chất có khả tan nước, phân tử chúng có cấu tạo vòng benzen nên dễ dàng làm trương nở hoà tan polyme mực UV Chất tẩy rửa hệ nhũ tương nước, an toàn với người sử dụng, an tồn với mơi trường 1.5.6 Sức căng bề mặt 1.5.7 Nguyên tắc tẩy rửa phụ gia Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU Q TRÌNH CƠNG NGHỆ 11 CHẾ TẠO CHẤT TẨY RỬA MỰC UV 2.1 Đặt vấn ñề Thực tế ñã chứng tỏ muốn triển khai Cơng nghệ Hố học cần phải nắm chất hệ thơng qua hàm tốn Nhưng để có hàm tốn khơng thể chép ngun si tất nét mà chọn lọc nét phản ánh đặc điểm Cơng nghệ hệ phải sử dụng đến phương pháp mơ hình hố thực nghiệm Trong phương pháp kế hoạch hố thực nghiệm cho phép dẫn tới tối thiểu hoá số thực nghiệm cần thiết, ñồng thời tìm ñược giá trị tối ưu hàm cần tìm Có nhiều phương pháp kế hoạch hố thực nghiệm, luận văn sử dụng phương pháp kế hoạch hoá hai mức tối ưu bậc ñể nghiên cứu ảnh hưởng ba yếu tố thành phần chất tẩy rửa ñến hiệu suất tẩy rửa mực UV Methyl Isobutyl Ketone (MIBK), Sodium Dodecyl Benzen Sunfonate (SBDS) Iso Propyl Alcohol (IPA) Khi kế hoạch hố thực nghiệm, điều kiện thí nghiệm số mức xác ñịnh ñối với yếu tố Nếu thí nghiệm tiến hành hai mức với hai giá trị yếu tố trình thực nghiệm thực tất tổ hợp từ k yếu tố, việc tổ chức thực nghiệm theo kế hoạch gọi kế hoạch thực nghiệm toàn phần hay kế hoạch 2k Mức yếu tố giới hạn vùng ñược nghiên cứu theo thơng số cơng nghệ cho 2.2 Phương pháp mơ hình thống kê - quy hoạch thực nghiệm 2.2.1 Xác ñịnh hệ cấu trúc hệ 2.2.2 Xác ñịnh hàm tốn mơ tả hệ 2.3 Xác định thơng số mơ hình thống kê hai mức tối ưu 2.4 Kiểm tra tính tương hợp mơ hình cải tiến mơ hình 12 Chương THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 3.1 Mục đích thí nghiệm Trong q trình in mực UV, tác ñộng ánh sáng tự nhiên UV yêu lô cao su (do tia UV không trực tiếp chiếu vào lô cao su chiếu vào tờ in) nên q trình đóng rắn mực lơ cao su xảy từ từ Chất tẩy rửa lô cao su nhằm tẩy mực bám lô chưa bị đóng rắn hịan tồn Từ tài liệu tham khảo [10,11,13], chúng tơi lựa chọn chất tẩy rửa phù hợp với trình tẩy rửa mực in UV có thành phần MIBK, SBDS, IPA Vấn đề ñặt phải tìm giá trị tối ưu khối lượng chất thành phần MIBK, SBDS, IPA nước theo số liệu trình bày phần (3.2 ñến 3.4) cho ñạt ñược hiệu suất tẩy rửa mực UV cao Trên sở ñưa hướng triển khai thực tế ñề tài nhằm sản xuất nước chất tẩy rửa lô cao su máy in offset dùng mực UV Mục đích thí nghiệm nhằm xây dựng mơ hình thống kê bậc hai mức tối ưu mô tả mối quan hệ thành phần ba chất chất tẩy rửa gốc nước ñể tẩy rửa mực in UV Từ hàm hồi quy tìm dùng phương pháp tối ưu hóa để tìm giá trị tối ưu khối lượng MIBK, SBDS, IPA nhằm ñạt hiệu suất tẩy rửa mực UV cao 3.2 Mô tả thí nghiệm xác định thời gian chiếu tối đa đèn UV để tẩy rửa tính hiệu suất tẩy rửa Trong q trình in mực UV ñược chiếu ñèn UV làm cho mực bị polyme hóa tạo thành màng mực bền vững sản phẩm in Nếu dùng chất tẩy rửa khơng thể phá hủy màng mực Phần mực thừa cịn lại bám lơ cao su in bị tia UV ánh sáng bình thường làm polyme hóa từ từ (do cường độ xạ UV yếu) nên màng polyme tạo thành chưa đóng rắn khơ hẳn, q trình tẩy rửa mực thừa bám lơ cao su 13 phá hủy loại màng Khi tiến hành thí nghiệm tẩy rửa phải tạo lớp mực thừa bám lên lơ cao su bị tia UV chiếu vào Như vậy, ñể xác ñịnh khả tẩy rửa lớp màng mực bị UV hóa trên, chúng tơi phải xác ñịnh thời gian UV hóa (chiếu tia UV lên màng mực) tẩy rửa (vì thời gian chiếu UV dài tạo thành màng mực bền vững phân tích Tiến hành thí nghiệm sau: Dùng mực UV màu đỏ phủ cao su có kích thước tương ñương (2x3 cm) Sau ñó dùng máy phơi SB1150 chiếu tia UV cao su thời gian 1, 2, 3,…,11,12 phút, sau tiến hành rửa lớp chất tẩy rửa mẫu Đức có thời gian từ 30 đến 60 giây quan xát nhận xét lớp mực cao su sau ñã tẩy rửa, kết trình bày bảng 3.1 Bảng3.1: Kết thí nghiệm xác ñịnh thời gian chiếu tia UV STT Thời gian phơi Thời gian rửa Nhận xét lớp mực mẫu (giây) (giây) lô cao su sau rửa 60 30 Lớp mực 120 30 Lớp mực 180 30 Lớp mực 240 30 Lớp mực 300 30 Lớp mực 330 30 Lớp mực 360 30 Lớp mực 390 30 Lớp mực 420 30 Lớp mực 10 450 30 Lớp mực 11 480 30 Lớp mực 12 510 30 Lớp mực 13 540 30 Lớp mực 14 570 30 Lớp mực 14 15 16 17 18 600 30 Lớp mực 630 30 Lớp mực 660 30 Lớp mực đóng rắn 660 60 Lớp mực đóng rắn Từ bảng 3.1 nhận thấy cao su ñược phơi thời gian tới 10,5 phút rửa (bằng chất tẩy rửa mẫu mua Đức), lớp mực cao su phơi thời gian 11 phút rửa chất tẩy rửa chuẩn Sau chúng tơi tiếp tục tăng thời gian ngâm tẩy rửa lên gấp đơi (60 giây), lớp mực ñã chiếu UV với thời gian 11, 12 phút bền vững, tẩy rửa Từ chúng tơi chọn thời gian phơi ñèn UV 10,5 phút ñể tạo lớp mực bám cao su cho thí nghiệm khảo sát khả tẩy rửa chất tẩy rửa tự chế tạo Trên sở làm thí nghiệm chúng tơi tiền hành tính hiệu suất tẩy rửa rửa chất tẩy rửa mẫu nhập Đức (ACEDINFORM 171), thử với mẫu thí nghiệm M1,M2,M3, kết ñược trình bày bảng 3.2 Xác ñịnh hiệu suất tẩy rửa mẫu ứng với thời hian phơi 630 giây theo công thức: Hiệu suất tẩy rửa β(%) = mmuc + caosu − mmuc + caosu _ rua mmuc + caosu − mcaosu (3.1) Bảng 3.2: Hiệu suất tẩy rửa (HSTR) mực UV với chất tẩy rửa mẫu m cao su m mực+cao su M mực+cao su_rửa (g) (g) (g) Hiệu suất tẩy rửa β (%) M1 2,59 2,75 2,60 93,75 M2 2,64 2,79 2,65 93,33 2,62 94,12 Mẫu M3 2,61 2,78 3.3 Dụng cụ thí nghiệm- hóa chất 15 Các thí nghiệm Luận văn tiến hành phịng thí nghiệm Kỹ thuật in, Viện kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội Những dụng cụ bao gồm: (có thể minh họa hình ảnh chụp thiết bị đây) - Đèn chiếu tia UV (máy phơi SB-1050 Trung Quốc) - Cân kĩ thuật Scout Pro SPS202F - Đũa thủy tinh - Pipet - Cốc thủy tinh - Tủ sấy loại Ketonc-101, khoảng nhiệt độ sấy từ 00C ÷ 3000C - Lơ cao su - Mực UV màu đỏ, vàng - MIBK - SBDS - IPA - Nước cất 16 Tiến hành thí nghiệm sau: - Cân miếng cao su ñược ñánh số từ 01 ñến 08 - Dùng lô chà mực lên 08 miếng cao su mẫu ñã cắt - Chiếu sáng ñèn UV với thời gian 630 giây máy phơi SB1150 - Cân miếng cao su ñể xác ñịnh khối lượng miếng - Sau ñó rửa mực UV cao su chất tẩy rửa ñã pha theo bảng 3.3 (theo ñúng số thứ tự thí nghiệm tương ứng) Thời gian cách rửa giống ñã làm với chất tẩy rửa mẫu - Sấy miếng cao su ñã ñược rửa tủ sấy nhiệt ñộ khoảng 600C thời gian 10 phút, sau để nguội cân khối lượng miếng - Tính hiệu suất tẩy rửa (%) theo công thức (3.1) Bảng 3.3: Số liệu pha chất tẩy rửa thí nghiệm 3.4 Tiến hành thí nghiệm Theo phân tích tài liệu tham khảo trên, tiến hành pha chất tẩy rửa mực in UV với thành phần MIBK,SBDS, IPA cịn lại nước với tổng khối lượng MIBK, SBDS, IPA nước mẫu pha 20g Trong thành phần khối lượng MIBK từ 5%-15%; SBDS từ 1%-4%; IPA từ 2%4%; cịn lại nước Từ ta tính tốn khối lượng chất tiến hành thí nghiệm với thơng số miền giá trị sau: + Khối lượng MIBK : mMIBK = 1g ÷ 3g + Khối lượng SBDS : mSBDS = 0,2g ÷0,8g + Khối lượng IPA : mIPA = 0,4g ÷ 0,8g Ta tiến hành pha chế chất tẩy rửa theo số liệu thí nghiệm bảng 3.3 để pha 08 mẫu chất tẩy rửa theo kế hoạch thực nghiệm hai mức tối ưu.Các mẫu chất tẩy rửa ñược ñánh số thứ tự từ ñến Số thứ tự TN MIBK SDBS IPA % - - - 1 0,2 0,4 + - - 15 0,2 0,4 - + - 0,8 0,4 + + - 15 0,8 0,4 - - + 1 0,2 0,8 + - + 15 0,2 0,8 Theo kế hoạch hóa thực nghiệm Giá trị thơng số thí nghiệm thực tế MIBK SDBS IPA KL, g % KL, g % KL, g 17 18 - + + 0,8 0,8 + + + 15 0,8 0,8 Mơ hình thống kê biểu diễn hiệu suất tẩy rửa biến mã hóa có dạng: y$ = b0 +b1.x1 +b2.x2 +b3.x3 +b12.x1 x2 +b13.x1 x3 +b23.x2.x3 + b123.x1 x2 x3 Trong đó: Kết thí nghiệm tính tốn trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4: Kết hiệu suất tẩy rửa (HSTR) mực UV mcao su m mực + cao su m mực + cao su sau rửa Hiệu suất tẩy (g) (g) (g) rửa β (%) 2,349 2,511 2,366 89,51 2,482 2,663 2,489 96,13 2,465 2,624 2,477 92,45 2,441 2,631 2,442 99,47 2,517 2,686 2,519 98,82 2,506 2,675 2,523 89,94 2,468 2,628 2,469 99,37 2,424 2,568 2,438 90,28 Đồng thời tiến hành tương tự cho thí nghiệm tâm kế hoạch: STT Bảng 3.5: Kết HSTR mực UV với thí nghiệm tâm M Z1 2 Z2 0,5 0,5 0,5 Z3 0,6 0,6 0,6 Hàm mục tiêu y01 = 92,58 y02 = 93,42 y03 = 94,27 3.5 Thiết lập mơ hình (3.2) + y$ : Hàm mục tiêu, hiệu suất tẩy rửa, (%) + x1 : Biến mã hóa mMIBK + x2 : Biến mã hóa mSBDS + x3 : Biến mã hóa mIPA Ma trận kế hoạch thực nghiệm toàn phần mức tối ưu mơ hình (3.2) trình bày bảng 3.3,với Z1= mMIBK ;Z2 = mSBDS ;Z3= mIPA : Bảng 3.6: Ma trận thực nghiệm kế hoạch toàn phần hai mức tối ưu S T T Biến thực Z1 3 3 Z2 0,2 0,2 0,8 0,8 0,2 0,2 0,8 0,8 Z3 0,4 0,4 0,4 0,4 0,8 0,8 0,8 0,8 Biến mã x0 + + + + + + + + x1 + + + + X + + + + X + + + + x1x2 + + + + x1x3 + + + + x2x3 + + + + x1x2x3 + + + + Từ bảng 3.6 ta tính giá trị hệ số bj tương ứng mơ hình xác định theo cơng thức (2.5), ta được: y b0 = ∑ = 94,5 ; b1 = - 4,33 ; i b2 = 7,17 ; b3 = 0,85 ; Các phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm cho phép dẫn tới tối thiểu hóa số thực nghiệm cần thiết, ñồng thời tìm giá trị tối ưu hàm cần tìm Mức yếu tố giới hạn thấp cao vùng nghiên cứu theo thơng số cơng nghệ chọn Hàm mục tiêu yi 89,51 96,13 92,45 99,47 89,94 98,82 90,28 99,37 b12 = 0,19 ; b13 = -2,73 ; b23 = - 5,39 ; b123 = - 0,61 Kiểm tra tính có nghĩa bj theo cơng thức (2.6) chuẩn tbj- Chuẩn số Student hệ số bj, xác định theo cơng thức (2.7) Từ bảng 3.5 ta tính được: 19 y0 = 20 m m ∑y a =1 0a Thay giá trị tính vào (2.12) ta chuẩn số Fisher tính tốn là: F= S2du / Su2 = 27,35 = 15,36 = 93,42 Phương lặp sai : m ∑ (y Su2 = a =1 0a 1,7808 − y )2 Tra phụ lục [7] ñể tìm chuẩn số Fisher ứng với bậc tự lặp f2=2, bậc tự dư f1= – =3 mức có nghĩa p=0,05 ta có Fbảng =19,2 So sánh giá trị F tính Fbảng ta thấy: F = 15,36 < Fbảng = 19,2 Như mơ hình (3.3) tương hợp tranh thực nghiệm = 1,7808 m −1 Từ tính độ lệch tiêu chuẩn phân bố bj : = 1,7808 = 0,4718 Su2 Sbj = N ∑x ji i =1 Tra bảng phụ lục [7] với mức có nghĩa p = 0,05 ; t0,05, = 4,303 phương sai lặp f2 = ta ñược : Vậy bj có nghĩa : bj > Sbj tbj = 0,4718 4,303 = 2,030 So với kết tính tốn có năm hệ số bj có nghĩa, : b0, b1, b2, b13 b23 Phương trình hồi quy thực nghiệm tìm ñược : (3.3) yˆ = 94,5 - 4,33x1 + 7,17x2 - 2,73x1x3 – 5,39x2x3 Để kiểm tra tính tương hợp mơ hình, tính giá trị yˆ theo phương trình hồi quy (2.19) : yˆ = 83,54 ; yˆ = 97,12 ; yˆ = 90,88 ; yˆ = 97,68 yˆ = 92,78 ; yˆ = 94,28 ; yˆ = 93,17 ; yˆ = 98,12 Phương sai dư tính theo công thức (2.13) với trường hợp : + N = : Là số thí nghiệm kế hoạch + l = : Là số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy Thay vào (2.13) ta có : [(5,97) +(0,99)2 +(1,57)2 +(1,79)2+(2,95)2 +(2,54)2 +(1,25)2] /(8-5) = S2du Tính tốn ta : S2du = 82,04 = 27,35 +(2,99)2 3.6 Tối ưu hóa mơ hình Để đánh giá ảnh hưởng biến thực (tức thông số công nghệ thực ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất trình tẩy rửa mực UV), nhằm tìm giá trị tối ưu thơng số cho đạt hiệu suất tẩy rửa lớn nhất, chuyển phương trình (3.3) với biến mã hóa xi phương trình với biến thựcZi Chúng ta ñã biết quan hệ xi Zi theo công thức (2.3) (2.4), ta làm bước chuyển đổi ngược lại, ta có x1 = (Z1 − 2) ; x2 = (Z − 0,5) ; 0,3 x3 = (Z − 0,6) 0,2 (3.4) Thay biểu thức biến mã hóa x1, x2, x3 (3.4) vào phương trình hồi quy (3.3), ta có: yˆ = 94,5- 4,33 (Z1 − 2) + 7,17 (Z − 0,5) - 2,73 (Z − 0,5) (Z − 2) 1 0,3 0,3 - 5,39 (Z − 0,5) (Z − 0,6) 0,3 0,2 Tính tốn rút gọn phương trình trên, ta phương trình hồi quy thực nghiệm với biến thực: Y = 88,13 - 1,22Z1+ 17,63Z2+ 4.45Z3 – 3,12Z1Z2 – 13,34Z2Z3 (3.5) Nhiệm vụ phải tìm giá trị cực đại yˆ phương trình (3.5) theo biến thực Z1, Z2, Z3 Để tìm giá trị tối ưu mơ hình (3.5) chúng tơi sử dụng phương pháp tối ưu hóa kiểu lưới với trợ giúp phần mềm Matlab 21 22 Tính cực đại hàm hiệu suất tẩy rửa (3.5) phần mềm matlab ta ñược: Bảng 3.9 : Kết tính giá trị tối ưu hàm HSTR Gia tri cuc dai cua ham so la 95.681915 Vi tri dat cuc dai la z1 = 1.066667 z2 = 0.800000 0.416000 Từ bảng 3.8 có z3 kết=quả giá trị cực ñại hàm hiệu suất tẩy rửa 95,682 %, giá trị thơng số : mMIBK = 1,067g; mSBDS = 0,800g; mIPA= 0,416g 3.7 Kiểm ta lại kết tối ưu hiệu suất tẩy rửa : 3.7.1 Tẩy rửa mẫu thí nghiệm chất tẩy rửa pha theo thành phần tối ưu tìm Tiến hành tẩy rửa mực UV mẫu 03 thí nghiệm (cách tạo mẫu tiến hành tẩy rửa ñã làm trước ñây) dùng chất tẩy rửa pha chế theo thành phần MIBK, SBDS, IPA tối ưu thu ñược trên, tức : mẫu dung dịch tẩy rửa gồm có : - mMIBK = 1,067g - mSBDS = 0,800g - mIPA = 0,416g 17,717 gam nước cất, mẫu dung dịch rửa 20 gam Tiến hành thí nghiệm trình bày ta thu ñược kết bảng sau: Bảng 3.10: Kết HSTR ứng với thành phần MIBK, SBDS, IPA tối ưu STT mcao su (g) mmực +cao su (g) mmực +cao su sau rửa (g) Hiệu suất tẩy rửa(%) 2,644 2,828 2,652 95,65 2,480 2,663 2,488 95,63 2,573 2,760 2,581 95,72 Vậy ta có hiệu suất tẩy rửa trung bình là: 95,65 + 95,630 + 95,72 = 95,666 % Kết thu ñược phù hợp với kết tối ưu 3.7.2 Kiểm tra phá hủy mực UV lô cao su cách ño phổ hồng ngoại phổ Raman mực trước sau tẩy rửa Mục đích chụp phổ hồng ngoại Raman xem chất tẩy rửa pha chế ñã phá hủy lớp mực UV Từ kết chụp phổ hồng ngoại phổ Raman mực (chúng chụp với hai loại mực UV màu ñỏ màu vàng), kết ñây minh họa với mực ñỏ hình3.1và 3.2 Phân tích kết cho thấy mực UV (cả mực đỏ mực vàng) có chứa nhóm cacbonyl (C=O) có pic ứng với dao ñộng 1728.4 cm-1 (hoặc 1728.5 cm-1) nhóm cacboxyl (-COOH) có pic ứng với dao động 2938.5 cm-1 (hoặc 2939.6 cm-1) với cường ñộ mạnh Sau dùng dung dịch tẩy rửa, chụp phổ hồng ngoại phổ Raman cặn mực nước rửa mực đỏ hình 3.3 3.4 cho thấy cường độ nhóm đặc trưng có cường độ yếu Điều giải thích nhóm cacbonyl bị phá hủy tan IPA có dung dịch rửa nhóm cacboxyl bị SBDS có tính kiềm trung hịa, phá hủy phụ thuộc vào hàm lượng chất có dung dịch tẩy rửa, định hiệu suất q trình tẩy rửa 23 24 Hình 3.2: Phổ Raman mực đỏ Hình 3.1: Phổ hồng ngoại mực đỏ Hình 3.3: Phổ hồng ngoại mực ñỏ dung dịch nước rửa 25 26 động giá chất tẩy rửa chế tạo phịng thí nghiệm có ưu điểm trội chất tẩy rửa nhập ngoại ñang ñược sử dụng Tuy nhiên ñể thay ñược chất tẩy rửa ñang phải nhập ngoại vấn đề quan trọng ngồi việc phải có nguồn ngun liệu cung cấp ổn định chất lượng đồng thời phải tích cực tun truyền thuyết phục sở in dùng mực UV sử dụng chất tẩy rửa nước sản xuất KẾT LUẬN Hình 3.4 Phổ Raman mực đỏ dung dịch nước rửa 3.8 So sánh nhận xét kết Ngoài nhận xét qua kết chụp phổ trên, chúng tơi cịn so sánh số tiêu kỹ thuật kinh tế chất tẩy rửa nhập ngoại Đức ACEDINFOR 171 (1) với chất tẩy rửa pha chế phịng thí nghiệm (2), thấy rằng: Chất tẩy rửa (1) nặng mùi hắc dung môi hữu cơ, tiến hành tẩy rửa bay môi trường, ảnh hưởng không tốt tới sức khỏe người trình sản xuất Trong ñó chất tẩy rửa (2) có mùi dung mơi nhẹ, điều chứng tỏ ñộc hại không gây ảnh hưởng nhiều tới sức khỏe người lao ñộng Về giá cả: Chúng tơi sơ tính tốn chi phí kết quả: Chất tẩy rửa (1) có giá 20$/lít (khoảng 415.000đồng/lít) Trong với chất tẩy rửa (2) có giá khoảng 160.000đồng/lít Như xét khả tẩy rửa, vấn đề mơi trường sức khỏe người lao Luận văn tìm hiểu thấy việc tẩy rửa mực in UV lô cao su cơng nghiệp in offset nước ta chủ yếu dùng chất tẩy rửa nhập ngoại Đa số chất tẩy rửa có mùi hắc đặc trưng cho dung mơi, gây nhiễm mơi trường sức khỏe người lao ñộng Đây sở thực tế dẫn ñến nội dung nghiên cứu pha chế chất tẩy rửa gốc nước ñề tài - Từ tài liệu tham khảo, phương pháp triển khai cơng nghệ hóa học kết hợp với mơ hình hóa tối ưu hóa mơ hình, luận văn xây dựng mơ hình hồi quy thực nghiệm bậc hai mức tối ưu biểu diễn mối quan hệ hàm muc tiêu hiệu suất tẩy rửa với yếu tố công nghệ khối lượng thành phần chất MIBK,SBDS, IPA sau: yˆ = 94,5 - 4,33x1 + 7,17x2 - 2,73x1x3 – 5,39x2x3 - Đã dùng phương pháp tối ưu hóa kiểu lưới kết hợp với trợ giúp phần mềm Matlab tìm ñược giá trị tối ưu hiệu suất tẩy rửa mực UV : 95,682 %, tương ứng với giá trị thông số : mMIBK = 1,067g; mSBDS = 0,800g; mIPA= 0,416g - Chúng tơi kiểm tra lại kết tối ưu thấy phù hợp với thực tế - Bằng phân tích qua phổ hồng ngoại phổ Raman mực trước sau tẩy rửa, bước đầu giải thích ñược chế phá 27 hủy màng mực tẩy rửa dung dịch tẩy rửa pha chế phòng thí nghiệm - Qua tính tốn sơ bộ, so sánh với chất tẩy rửa nhập ngoại mà số công ty in ñang sử dụng thấy chất tẩy rửa tự pha có giá thành rẻ nhiều, độc hại khả tẩy rửa tương ñương Từ kết nghiên cứu phịng thí nghiệm chúng tơi pha chế thành cơng chất tẩy rửa gốc nước để rửa lô cao su mực in UV offset Dung dịch tẩy rửa có khả tẩy rửa hồn tồn mực UV, thân thiện với mơi trường người sử dụng Sau tẩy rửa dung dịch không làm biến đổi tính chất bề mặt lơ cao su lơ bản, sản phẩm thử nghiệm kiểm tra phịng thí nghiệm cho kết tốt Dung dịch tẩy rửa dạng hướng nghiên cứu ñang ñược phát triển giới Đây đề tài có tính ứng dụng thực tiễn cao hy vọng tương lai thay dần chất tẩy rửa mà nhà in phải nhập ngoại