Tổng quan Nhựa UPE là một hợp chất cao phân tử và là một sản phẩm trùng ngưng phân tử tương đối thấp giữa polyol hoặc polyacid mà trong đó có polyol hoặc polyacid hoặc cả hai đều chứa nố
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan
Nhựa UPE là một hợp chất cao phân tử và là một sản phẩm trùng ngưng phân tử tương đối thấp giữa polyol hoặc polyacid mà trong đó có polyol hoặc polyacid hoặc cả hai đều chứa nối đôi, thường thì polyacid mang nối đôi Chính nối đôi này làm cho UPE có khả năng tạo ra mạng lưới không gian khi phản ứng trùng hợp với các monomer có khả năng khâu mạch như Styren, Vinyltoluen, Vinylacetate, Methylmethacrylate, tert- butylstyren đê chế tạo sản phẩm nhựa nhiệt rắn không nóng chảy không hòa tan, bền cơ học và môi trường Ngoài ra UPE còn là một trong những sản phẩm nhựa cao cấp và có tính bền nhiệt và đàn hồi
UPE có nhiều các để phân loại nhưng thông thường người ta phân loại theo 2 cách: a) Phân loại theo cấu trúc
Dựa vào vị trí nối đôi có trong mạch phân tử UPE, nhựa UPE chia làm 2 loại:
- UPE maleat: là loại nhựa UPE tổng hợp từ diol và diacide Ví dụ như polyester etylen maleat đi từ polyethylen glycol và anhydric maleic:
- PE acrylate: ngoài diol và diacid còn có một acid không no một chức UPE dạng acrylate là loại mạch thẳng, cuối mạch có một nối đôi
Ví dụ: Anhyddric phtalic + Ethylenglycol + acid methacrylic
Hình 1.2: Linear polyester b) Phân loại theo mục đích sử dụng và đặc tính của Nhựa UPE
-Loại UPE được tổng hợp từ Ethylen glycol (EG), Anhydric phtalic (AP), Propylenglycol (PG), Anhydric maleic (AM) Trong đó PG có tác dụng tăng cường khả năng tương hợp với Styren Nhựa tổng hợp từ PG có độ nhớt không cao lắm, dùng để gia công chế tạo các sản phẩm như: ca nô, bồn tắm,
-Loại này được tổng hợp bằng cách thay một phần AP bằng một acid hai chức mạch thẳng như acid adipic hoặc một acid đơn chức hoặc một glycol mạch dài như diethyleneglycol, dipropylen glycol Nhựa này dùng để đúc các chi tiết nhỏ, trang trí sản phẩm gỗ, đồ mỹ nghệ
UPE có độ nhớt cao và bền môi trường
-Để UPE bền trong môi trường người ta thay một phần AP bằng acid isophatlic Nhờ khả năng ổn định nhiệt, bền cơ học, bền hóa chất hơn acid phtalic nên UPE tổng hợp từ loại này được ứng dụng làm lớp phủ bề mặt Tuy nhiên, giá thành sản xuất tương đối cao
UPE có độ co thót thấp
-Để giảm độ co ngót của nhựa, người ta tạo thành những lỗ xốp bên trong nhựa khi đóng rắn sẽ bù trừ cho sự co ngót của nhựa, bằng cách bổ sung một lượng nhựa nhiệt dẻo như Oligomer styren hay Oligomer methyl- methacrylat hoà tan trong polyme Khi đó ta thu được UPE có độ co ngót thấp (xốp)
UPE bền ánh sáng bà bức xạ mặt trời
-Đây là loại nhựa có khả năng tránh đổi màu hoặc phân hủy bởi ánh sáng mặt trời hay bức xạ tử ngoại Người ta thêm vào nhựa chất ổn định quang như Benzophenol hoặc thay một phần Styren bằng Methylmethacrylat
-Thay một phần acid không no AM bằng acid no như acid phtalic, acid adipic, acid isophtalic Nhờ sự phân bố tốt của các đoạn chứa nối đôi nằm ở giữa hay ở hai đầu mạch polymer, độ bền đàn hồi tăng lên do khoảng cách trung bình của các nối đôi tăng, mật độ liên kết ngang giảm đi Dựa vào đặc trưng này, người ta ứng dụng UPE để chế tạo các chi tiết chịu được va đập, chịu tải trọng cao
-Các vòng thơm được đưa vào bằng cách thay EG bằng Bis-phenol A và Bis- glycol (oxyt propylen) sẽ làm tăng độ bền hóa và độ bền cơ lý của nhựa Dùng loại nhựa này để chế tạo ống dẫn, thùng chứa hóa chất.
Nguyên liệu chính
Các polyol được sử dụng chủ yếu là diol như: ethylen glycol (EG), diethylen glycol
(DEG), propylen glycol (PG), dipropylen glycol (DPG), neopenthaglycol (NPG) Các diol có mạch ngắn sẽ tạo được mạch polymer có độ cứng, dòn cao, khả năng phân tán trong dung môi tương hợp kém
Các diol có mạch dài, nhánh, có liên kết ether sẽ tạo được sản phẩm mềm dẻo, khả năng tương hợp với dung môi cao
Etylen glycol có các tính chất giống như một ancol thông thường nhưng do ảnh hưởng của hai nhóm –OH nên có tính axit mạnh hơn
Etylen glycol có giá thành rẻ Nhựa UPE tổng hợp từ EG cho nhựa giòn, độ kết tinh cao, cấu trúc chặt chẽ
Hình 1.3: Công thức cấu tạo của EG
Bảng 1.1: Thông tin an toàn hoá chất của Etylene glycol
- Trạng thái vật lý: Chất lỏng
- Mùi đặc trưng: không mùi
- Ở 20 °C có thể pha trộn hoàn toàn trong nước
- Nhiệt độ nóng chảy (0 °C): -130 °C ở 1,013 hPa
- Độc cấp tính, Đường miệng (Cấp 4)
- Độc tính đến cơ quan cụ thể sau phơi nhiễm lặp lại,
- Có hại nếu nuốt phải
- Có thể gây tổn thương cho các cơ quan (Thận) do phơi nhiễm kéo dài hoặc lặp đi lặp lại nếu nuốt phải
3 Các đường tiếp xúc và triệu chứng
- Không có dữ liệu Đường miệng (Cấp 2),
1 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường mắt (bị văng, dây vào mắt)
- Kiểm tra và loại bỏ kính sát tròng Khi bị tiếp xúc với mắt, phải rửa mắt ngay với nhiều nước ít nhất trong 15 phút Có thể sử dụng nước lạnh Nếu có những kích ứng, gặp bác sĩ chuyên khoa
2 Trường hợp tai nạn tiếp xúc trên da (bị dây vào da)
- Rửa sạch với xà phòng và nước Xoa vùng da bị nhiễm với kem làm mềm Gặp bác sĩ nếu có những kích ứng phát triển Có thể sử dụng nước lạnh
2 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường hô hấp (hít thở phải hóa chất nguy hiểm dạng hơi, khí)
- Cần đưa nạn nhân tới phòng thoáng mát Nếu thở khó khăn, cần cung cấp oxy cho nạn nhân Nếu ngừng thở, thực hiện hô hấp nhân tạo cho nạn nhân, nới lỏng quần áo, cổ áo, thắt lưng, cà vạt… Gọi cấp cứu nếu vấn đề hô hấp không được cải thiện.
3 Trường hợp tai nạn theo đường tiêu hóa (ăn, uống nuốt nhầm hóa chất)
- Tránh để nạn nhân nôn mửa trừ khi có sự trợ giúp của y tế, không bao giờ sử dụng miệng để hô hấp nạn nhân Nới lỏng quần áo, cổ áo, thắt lưng, cà vạt…Gọi cấp cứu nếu có những triệu chứng xuất hiện.
Ngoài các acid no đã giới thiệu ở bài alkyd, chúng ta còn sử dụng polyacid không no, hay alhydrid của chúng như:
Hình 1.4: Công thức cấu tạo lần lược của Alhydric acid, Fumaric acid, Maleic acid
Các acid không no có tác dụng đưa nối đôi vào mạch polymer, còn các acid no có tác dụng điều chỉnh mật độ nối đôi trong UPE
AM là chất ở dạng tinh thể màu trắng hút ẩm mạnh, tan được trong các dung môi như: nước, rượu, cloroform, benzen AM có thể tổng hợp từ butadien hoặc oxy hóa từ Furfurol có khả năng đông trùng hợp cao và khả năng tương hợp tốt với styren Khi ở dạng kết tinh AM là tinh thể hình thoi, dễ thăng hoa AM là nguyên liệu dễ tìm, tương đối rẻ và tổng hợp được UPE có tính chất cơ lý tốt
Bảng 1.1: Thông tin an toàn hoá chất của AM
- Trạng thái vật lý: Chất rắn
- Mùi đặc trưng: có mùi thơm
- Độ PH: 2 (trong dung dịch nước: 6 g /l , 20 °C)
- Nhiệt độ sôi ( 0 C): 284,5 °C ở 1,013 hPa (ECHA)
- Độc cấp tính, Đường miệng
- Độc cấp tính, Da (Cấp 4)
- Gây tổn thương nặng cho
- Có hại nếu nuốt phải hoặc tiếp xúc với da
3 Các đường tiếp xúc và triệu chứng
- Tiếp xúc với mắt: Tạo ra tổn thương mô trong mắt Gây kích ứng, khó chịu ở mắt
- Tiếp xúc với da: kích ứng, ngứa mắt (Cấp 1)
- Nhạy cảm với da (Cấp 1)
- Độc tính đến cơ quan cụ thể sau phơi nhiễm đơn (Cấp 3),
Hệ hô hấp nghiêm trọng và hỏng mắt
- Có thể gây ra phản ứng dị ứng da
- Có thể gây kích ứng hô hấp và/hoặc đau
- Hít phải: : Ho, đau, nghẹt thở và khó thở,kích ứng
- Nuốt phải: không có dữ liệu
1 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường mắt (bị văng, dây vào mắt)
- Kiểm tra và loại bỏ kính sát tròng Khi bị tiếp xúc với mắt, phải rửa mắt ngay với nhiều nước ít nhất trong 15 phút Nếu có những kích ứng, gặp bác sĩ chuyên khoa
2 Trường hợp tai nạn tiếp xúc trên da (bị dây vào da)
- Rửa sạch da bằng nước/tắm Sau khi tiếp xúc với da, rửa ngay với nhiều nước Trong trường hợp phản ứng trên da, hãy tham khảo ý kiến bác sĩ Trong trường hợp kích ứng da, hãy tham khảo ý kiến bác sĩ
3 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường hô hấp (hít thở phải hóa chất nguy hiểm dạng hơi, khí)
- Cần đưa nạn nhân tới phòng thoáng mát Nếu thở khó khăn, cần cung cấp oxy cho nạn nhân Nếu ngừng thở, thực hiện hô hấp nhân tạo cho nạn nhân, nới lỏng quần áo, cổ áo, thắt lưng, cà vạt… Gọi cấp cứu nếu vấn đề hô hấp không được cải thiện.
4 Trường hợp tai nạn theo đường tiêu hóa (ăn, uống nuốt nhầm hóa chất)
- Súc miệng bằng nước (chỉ khi người đó còn tỉnh) Gọi bác sĩ.
Monomer tương hợp với UPE vừa có tác dụng là dung môi, vừa có tác dụng trùng hợp với nối đội có trong UPE để tạo mạch không gian Monomer này phải có những yêu cầu sau:
- Khả năng tương hợp với UPE cao
- Khả năng tự trùng hợp thấp và đồng trùng hợp với nối đôi của UPE cao
- Phổ biến, ít độc hại, mùi nhẹ và độ bay hơi thấp, khả năng bắt cháy thấp
Các loại monomer phổ biến là:
Hình 1.5: công thức cấu tạo của SM
Hình 1.6: Công thức cấu tạo của MMA
Monomer đùng để đóng rắn UPE là monomer có khả năng tạo liên kết ngang khâu mạch polymer Thường sử dụng nhất là Styren vì nó có những đặc điểm sau:
- Dễ dàng phản ứng đồng trùng hợp với polyester không no, tăng độ cứng, độ bền cơ học, giảm độ co ngót của nhựa, chịu thời tiết và cách điện tốt
- Chỉ số khúc xạ của styren sau khi đóng rắn cao
- Styren là chất lỏng không tan trong nước nhưng tan được trong các dung môi hữu cơ
- Styren không bền dưới tác dụng của ánh sáng, dễ tự trùng hợp, do đó cần phải bảo quản tốt trong môi trường khí trơ, nhiệt độ thấp và có sử dụng chất ức chế
Bangr1.2: Thông tin an toàn hóa chất của Styrene monomer
- Trạng thái vật lý: Chất lỏng
- Mùi đặc trưng: có mùi ngọt đặc trưng
- Độ hòa tan: Không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữa cơ
- Chất lỏng dễ cháy (Loại 3)
- Độc tính cấp tính, Hít phải
- Độc tính sinh sản (Loại 2)
- Độc tính cơ quan mục tiêu cụ thể phơi nhiễm đơn lẻ (Loại 3),
- Độc tính cơ quan mục tiêu cụ thể hơi nhiễm nhiều lần (Loại
- Nguy cơ hít phải (Loại 1)
- Chất lỏng và hơi dễ cháy
- Có thể gây tử vong nếu nuốt phải và đi vào đường hô hấp
- Gây kích ứng mắt nghiêm trọng
- Có hại nếu hít phải
- Có thể gây kích ứng đư ờng hô hấp
- Nghi ngờ gây tổn hại đến khả năng sinh sản hoặc thai nhi
- Gây tổn thương các cơ quan (cơ quan thính giác) khi tiếp
3 Các đường tiếp xúc và triệu chứng
- Nguy hại lâu dài (mãn tính) đối với môi trường thủy sinh
(Loại 3). xúc kéo dài hoặc lặp đi lặp lại
- Có hại cho đời sống thủy sinh với ảnh hư ởng lâu dài
1 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường mắt (bị văng, dây vào mắt)
- Khi bị tiếp xúc với mắt, phải rửa mắt ngay với nhiều nước ít nhất trong 15 phút Nếu có những kích ứng, gặp bác sĩ chuyên khoa
2 Trường hợp tai nạn tiếp xúc trên da (bị dây vào da)
- Sau khi tiếp xúc với da, rửa ngay với nhiều nước Cởi bỏ ngay lập tức tất cả quần áo bị nhiễm bẩn Tham khảo ý kiến bác sĩ
3 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường hô hấp (hít thở phải hóa chất nguy hiểm dạng hơi, khí)
- Cần đưa nạn nhân tới phòng thoáng mát
4 Trường hợp tai nạn theo đường tiêu hóa (ăn, uống nuốt nhầm hóa chất)
- Thận trọng nếu nạn nhân nôn Giữ cho đường thở được thông thoáng Suy phổi có thể xảy ra sau khi hít chất nôn Hãy gọi bác sĩ ngay lập tức.
Hình 1.7: Công thức cấu tạo của HQ
Có thể dùng dập tất gốc tự do, được sử dụng để bảo quản nối đội của AM trong quá trình tổng hợp UPE và bảo quản sản phẩm tránh gel hóa trong quá trình lưu trữ
Phản ứng tổng hợp
Phản ứng tổng hợp UPE là phản ứng trùng ngưng - đa tụ qua 2 giai đoạn và tùy thuộc vào tỷ lệ giữa các chất a) Giai đoạn Monoester
Chọn tỷ lệ phản ứng EG/AM/AP = 2/1/1
Hinh 1.9 :Giai đoạn Monoester b) Trùng ngưng – đa tụ
Tiếp tục nâng nhiệt độ để các monoester đa tụ tạo thành polyester Các phản ứng xảy ra trong quá trình như sau:
Hình 1.10 :Trùng ngưng – đa tụ Đặc trưng giai đoạn:
Quá trình xảy ra phản ứng (4.1) luôn tồn tại nhiều cấu tử và có nhiều pha tồn tại trong thiết bị Sự biến đổi hàm lượng và thành phần của từng cấu tử và pha xảy ra liên tục Do đó nhiệt độ phản ứng (tại nhiệt độ sôi của hỗn hợp) luôn thay đổi theo thời gian phản ứng
Phản ứng kéo dài 1,5-2 giờ Khi nhiệt độ của hỗn hợp ổn định thì lúc này chỉ còn 3 cấu tử và 2 pha đồng nhất (lỏng – hơi)
Trong giai đoạn này có một số gốc –OH và –COOH gặp nhau sẽ xảy ra phản ứng đa tụ sớm ở nhiệt độ cao (do nhiệt cục bộ) tạo ra nước
Phản ứng (4.1) tỏa nhiệt AH khoảng −10 + −20 kcal/mol nên khi tổng hợp mẻ lớn trên 50 kg cần chú ý giải nhiệt
Phản ứng (4.2) xảy ra ở nhiệt độ cao và là phản ứng cân bằng nên cẩn lấy nước ra bằng cách dùng xylen lôi cuốn (tỷ lệ 4/1) để tăng hiệu suất phản ứng
Trong giai đoạn đa tụ có hai phản ứng phụ xảy ra cần lưu ý:
- Đóng vòng nội phân tử của các monoester khi nhiệt độ cục bộ lớn hơn 240°C làm cho sản phẩm UPE có M, thấp và độ đa phân tán cao
- Tự oxy hóa nối đôi của AM gây phản ứng trùng hợp làm mạch phân tử UPE có nhánh hoặc không gian Mỹ tăng, tăng độ phân tán, có thể gây gel hỗn hợp phản ứng Do đó cần phải bảo vệ nối đội bằng HQ Cơ chế xảy ra như sau:
Hinh 1.11: Cơ chế phản ứng của HQ
Gốc hydro tạo được từ HQ sẽ kết hợp với gốc tự do hình thành từ phản ứng tự oxy hóa nối đôi của AM và dập tắt gốc tự do này, ngăn cản không cho nó phát triển mạnh
Lưu ý: Lượng HQ sử dụng không nên quá nhiều vì ở nhiệt độ cao và HQ dư, các gốc H° này dễ trở thành gốc tự do kích thích cho phản ứng trùng hợp các nối đôi của AM chứa hoạt động Lượng HQ sử dụng thường không quá 0,03% khối lượng hỗn hợp phản ứng
Sau khi tổng hợp UPE được tương hợp với SM và Co” rồi đưa vào sử dụng.
Tính chất sản phẩm
UPE sau khi tổng hợp ở trạng thái lỏng nhớt, màu hồng hoặc vàng, độ nhớt khoảng 1800-2800 cp Thời gian chảy qua cup 4 khoảng 120-160s tùy thuộc vào cấu tạo và monomer tương hợp Ở điều kiện bảo quản không tiếp xúc với không khí và nhiệt độ thường UPE có thể sống 6-8 tháng mà không bị gel Khi có không khí và nhiệt độ trên40°C chỉ sống dưới 4 tháng
UPE là sản phẩm trùng ngưng của axit carboxylic đa chức (polyacid) và ancol đa chức (Polyol) hay từ quá trình trùng hợp mở vòng lactone Trong đó, hoặc polyol hoặc polyacid hoặc cả hai đều chứa nối đôi Nhựa polyester không no được chia làm nhiều loại tùy thuộc vào các nhóm cấu trúc trên mạch chính, thông thường như orthophtalic, isophtalic, terephtalic, clorendic, bisphenol-fumarate và dicyclopentadien.
Ứng dụng
Sau khi đóng rắn UPE có độ bền cơ tính khá cao, khi làm vật liệu composite có khả năng chịu lực tốt, biến dạng đàn hồi cao UPE chịu môi trường dung môi tốt, chịu sương muối, tia tử ngoại, chịu được môi trường acid HCl 15%, HNO3 7% Kém chịu NaOH trên 2% UPE được sử dụng chủ yếu làm vật liệu composite, sản phẩm đúc Trong môi trường không khí composite UPE có thể làm việc ở khoảng nhiệt độ 35-75°C.
THỰC NGHIỆM
Bảng kê dụng cụ và hóa chất
Bảng 2.1: Bảng kê dụng cụ
STT Dụng cụ Số lượng STT Dụng cụ Số lượng
1 Bình cầu 3 cổ 1 11 Giá đỡ 3
2 Bao chắn khuấy kín 1 12 Ngàm kẹp 4
3 khuấy Teflon 1 13 Tay ngàm kẹp 4
5 Ống sinh hàn thẳng 1 15 Bể nhựa điều nhiệt 1
8 Cổ chuyển chữ Y 2 18 Erlen 100ml 1
9 Cổ chuyển chữ L 1 19 Pipet 10ml 1
Bảng 2.2: Bảng kê hóa chất
Tính toán nguyên liệu
Lượng nguyên liệu phan rứng trong bình cầu chiến 2/5 thể tích bình là 100ml
2 × 62 0,5 × 98 1,5 × 148 359 2 × 18 Khối lượng mẻ tổng hợp M = 100g
Quy trình thực nghiệm
Công đoạn 1: Cân nguyên liệu
Theo tính toán ở trên, ta tiến hành cân lượng chất cần sử dụng cho quy trình tổng hợp alkyd như sau:
Hình 1.1: Khối lượng các chất cần cho quy trình tổng hợp UPE
Lắp hệ thống tổng hợp hoàn lưu
13h37’ Bắt đầu cho EG, AM và AP đã cân vào bình cầu Nghiền AM và
AP trước khi cho vào bình cầu
13h47’ Bắt đầu gia nhiệt không khuấy với tốc độ 500 vòng/phút
Gia nhiệt lần đầu không cần khuấy vì khuấy sẽ văng AM và
AP lên thành bình cầu, lúc nhiệt cao sẽ thăng hoa
13h52’ 180 Phản ứng xảy ra mãnh liệt, tỏa nhiệt, nhiệt độ lên cao Giải nhiệt, dừng khuấy
13h54’ 150 Nhiệt độ giảm sau khi giải Tiếp tục gia nhiệt, khuấy tốc độ 500 rpm
13h59’ 160 Nhiệt độ tăng đạt yêu cầu, tiếp tục duy trì nhiệt độ
14h20’ 160 Màu hệ chuyển vàng đậm Tiến hành gia nhiệt lên
Lượng monoester sinh ra nhiều
14h30’ 160 Không thấy AP bám trên thành bình cầu
14h49’ 180 Vẫn duy trì việc gia nhiệt nhưng nhiệt không tăng Đã tạo thành monoester
14h52’ 160 Giải nhiệt không thấy có hiện tượng kết tinh trên thành bình
Lợng AP, AM còn rất ít
Hình 2.2: Hệ thống tổng hợp dạng hoàn lưu (trái), giải nhiệt cho hệ quá nhiệt (giữa), và thành bình cầu không bám AP (phải)
14h56’ Chuyển sang hệ thống tách nước
15h02’ 170 Cho Q1 vào để bảo vệ nối đôi khi tiến hành đa tụ Gia nhiệt
15h07’ 220 Có nước sinh ra Trong giai đoạn này gốc -OH và -COOH gặp nhau đa tụ và tạo ra nước
15h10’ 210 Duy trì nhiệt độ Nước vẫn sinh ta
15h32’ 190 Thấy nước không còn sinh ra
Chuẩn CA = 131 Màu chuyển lục
15h41’ 220 Cho xylene vào, nhỏ từng giọt
Thấy nước chảy ra có màu đục
16h03’ 200 Xylene cho vào đã hết
16h17’ 200 Tăng tốc độ khuấy lên 700 rpm
17h45’ 70 Bắt đầu cho SM vào
Hình 2.3: Hệ thống tách nước trước và sau khi cho xylene lôi cuốn nước (từ trái sang phải)
Hình 2.4: Bọt khí sinh ra nhiều khi tăng nhiệt độ phản ứng (trái) và lượng dung dịch thu được từ quá trình lôi cuốn hơi nước (phải)
Hình 2.5: Chiết tách nước từ hỗn hợp thu được và sản phẩm nhựa UPE thu được tách pha 1 phần
Kết quả thực nghiệm
Sản phẩm nhựa sau khi tổng hợp có màu hơi ngã xanh, độ nhớt cao và có khả năng kéo sợi với chiều dài hơn 1,5m Sau khi tương hợp với SM thì quang sát thấy hầu như UPE tổng hợp và SM có sự tách lớp
Hình 2.6: Nhựa tổng hợp sau 6 ngày bảo quản
Sau 6 ngày bảo quản, nhựa có vẫn có màu ngã xanh nhưng nhựa bị đóng rắn hoàn toàn, rất cứng
- Hiệu suất tính theo chỉ số CA
Chỉ số CA chuẩn được vào khoảng 55, vậy lượng miligram KOH để trung hòa lượng acid có trong 1g mẫu nhựa là
Khối lượng nhựa thu được sau phản ứng là 58,3847 g, vậy số mol AM và AP
2 58,3847) : 2 = 0,0143 mol Khối lượng AM, AP còn lại sau phản ứng là :
→ m AM = 0,0143.98 = 1,4014 g m AP = 0,0143.148 = 2,1164 g Hiệu suất phản ứng là :
37,1031 100 = 94,30 % Hiệu suất tính theo khối lượng nước
Khối lượng nước thu được theo lý thuyết
→ m H 2 O(lt) = 𝑛 𝐸𝐺 18 = 0,3677.18 = 6,6186(g) Khối lượng nước thu được từ phễu chiết là 5,6071 g
Vậy hiệu suất phản ứng là
BÀN LUẬN
Câu 1: Tại sao khi sử dụng polyol mạch càng dài để tổng hợp thì nhựa UPE tổng hợp ra càng mềm dẻo?
Khi sử dụng các polyol có cấu trúc mạch hydrocarbon càng dài thì nhựa tổng hợp ra càng mềm dẻo, điều này dễ dàng giải thích được là do các mạch carbon dài sẽ khiến cho nhựa tổng hợp ra có kích thước lớn, với các mạch dài dễ dàng linh động, tồn tại nhiều hình thái sắp xếp cuộn xoắn trong không gian Hơn nữa, việc tồn tại các nối đôi trong nhựa làm giảm thềm thế năng quay 𝑈 0 của liên kết, khiến cho chúng có thể kéo theo sự quay của các liên kết kế cận trong mạch, trên một mạch với dây carbon dài và các liên kết đôi làm tăng độ linh động, hình thái sắp xếp thì nhựa UPE tổng hợp ra sẽ mềm dẻo hơn so với sử dụng các polyol có thành phần mạch hydrocarbon ngắn hơn (do chúng sẽ bị hạn chế hơn về hình thái sắp xếp)
Câu 2: Nếu ta không sử dụng AM mà sử dụng một alcohol có nối đôi để tổng hợp UPE được không?
Ta hoàn toàn có thể sử dụng alcohole có nối đôi thay vì acid để tổng hợp UPE Tuy nhiên, quá trình tổng hợp có thể sẽ cho hiệu suất không cao, chất lượng nhựa kém và sản phẩm phụ sinh ra nhiều Do polyol có các liên kết hydroxyl −𝑂𝐻, những liên kết này nếu nằm trên hoặc gần nối đôi sẽ có xu hướng chuyển vị cặp electron và hình thành aldehyde và ketone, do đó làm mất nối đôi trên mạch cũng như mất đi nhóm chức hydroxyl để phản ứng tạo monoester Để lựa chọn polyol có nối đôi có thể phản ứng được ta cần phải cân nhắc về độ dài mạch hydrocarbon, vị trí nhóm −𝑂𝐻 so với vị trí nối đôi 𝐶 = 𝐶 Với nhiểu nhược điểm như vậy, ta dễ dàng thấy được việc lựa chọn các acid sẽ là giải pháp thay thế tối ưu do chúng dễ lựa chọn, nhóm acid không làm bất hoạt liên kết bội hoặc xảy ra quá trình chuyển vị
Câu 3: Nếu ta không dùng SM có tổng hợp được nhựa và quá trình đóng rắn có xảy ra không?
Nếu không sử dụng SM, ta vẫn có thể tổng hợp được UPE, tuy nhiên lúc này thì sản phẩm sẽ tồn tại dưới dạng lỏng, mạch thẳng Việc đưa SM vào để tương hợp là do bản chất liên kết đôi của styrene có khả năng phản ứng với các liên kết đôi trên mạch UPE, từ đó hình thành cầu nối styrene giữa các mạch UPE với nhau Các liên kết đôi trên mạch UPE hoàn toàn có khả năng liên kết và nối mạng lại với nhau, nhưng khi TLPT của mạch quá lớn, mạch dài, cuộn xoắn polymer gây cản trở không gian thì việc để 2 liên kết đôi gặp được và phản ứng với nhau sẽ khó khăn hơn việc cho một chất thấp phân tử có khả năng xâm nhập vào trong cấu trúc của mạch đại phân tử và phản ứng với polymer sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc để các mạch polymer phản ứng với nhau
Câu 4: Cách để xác định điểm dừng của quá trình tạo monoester? Điểm dừng của quá trình tạo monoester có thể được xác định bằng lý thuyết như việc quan sát hệ tới khi còn 3 cấu tử và 2 pha Tuy nhiên, trong thực nghiệm, ta có thể điều chỉnh việc xác định này bằng việc quan sát lượng AM, AP thăng hoa, để xem quá trình phản ứng tạo monoester đã xảy ra hoàn toàn hay chưa, ta gia nhiệt vượt qua nhiệt độ bay hơi của AM, AP ~180 𝑜 𝐶, và sau đó giảm nhiệt độ để quan sát lượng AM, AP ngưng tụ trên thành bình cầu để xác định lượng AM, AP chưa phản ứng, nếu như tới thời điểm ta quan sát không còn thấy sự ngưng tụ này nữa thì có thể chuyển sang giai đoạn tiếp theo (đa tụ)
Câu 5: Tại sao nhiệt độ trong quá trình tạo monoester thay đổi lên xuống liên tục?
Quá trình tạo monoester ở giai đoạn đầu của phản ứng cho ta thấy được sử thay đổi nhiệt độ liên tục là do trong hệ tồn tại nhiều cấu tử đồng thời như AM, AP, EG, Monoester tạo thành, và nhiều pha cùng lúc, và các phản ứng xảy ra trao đổi các liên kết linh động như liên kết H, với EG có nhiều nhóm −𝑂𝐻 làm cho nhiệt độ sôi và nhiệt độ phản ứng tăng cao, sự thay đổi nồng độ các cấu tử và sự chuyển pha cũng gây ra sự dao động nhiệt độ này
Câu 6: Nhựa UPE hồng (poly hồng) và UPE xanh (poly xanh khác nhau như thế nào và loại nào có tính chất tốt hơn?
Nhựa poly hồng và poly xanh (UPE) là 2 loại nhựa phổ biến được thương mại Chúng đều có cơ chế đóng rắn bằng nối đôi, xúc tác bởi muối 𝐶𝑜 2+ , do đó sự khác biệt về màu có thể do thành phần một số các phụ gia được thêm vào để thay đổi về mặt thẩm mỹ, mục đích sử dụng Trong đó cũng có thể khác nhau về một số thành phần cấu tạo như polyol và polyacid hoặc tỉ lệ SM tương hợp.