CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Lê Thị Thu Trang Đề tài luận văn: Nghiên cứu quá trì
TỔNG QUAN
Tổng quan về cao su thiên nhiên
Cao su thiên nhiên (CSTN) là polyme thiên nhiên chủ yếu được khai thác từ mủ cây cao su Hevea Brasiliensis, một loài cây thuộc họ Đại Kích Mủ latex và CSTN là nguồn nguyên liệu quan trọng, đóng góp lớn cho nền kinh tế của các quốc gia sản xuất cao su Từ nguyên liệu này, hơn 40.000 sản phẩm khác nhau được chế tạo, bao gồm thiết bị y tế, găng tay phẫu thuật, lốp xe, giày dép và băng tải.
1.1.1 Tình hình ngành cao su ở Việt Nam và trên thế giới
Năm 1897, cây cao su lần đầu tiên xuất hiện tại Việt Nam, với Công ty cao su đầu tiên là Suzannah được thành lập vào năm 1907 tại Đồng Nai Sau đó, nhiều đồn điền và công ty cao su, chủ yếu do người Pháp, đã ra đời tại Đông Nam Bộ như SIPH, SPTR, và Michelin, cùng với một số đồn điền tư nhân Việt Nam Theo báo cáo của Hiệp hội Các nước sản xuất cao su thiên nhiên (ANRPC) năm 2021, Việt Nam đứng thứ năm về diện tích và thứ ba về sản lượng cao su thiên nhiên trên thế giới, đồng thời dẫn đầu về năng suất tại châu Á Diện tích cao su năm 2021 đạt 930,5 ngàn ha, sản lượng gần 1.271,9 ngàn tấn, giảm 0,2% so với năm trước do chuyển đổi cây trồng và tác động của thiên nhiên Thái Lan là quốc gia dẫn đầu về sản xuất cao su thiên nhiên với 4.836 ngàn tấn, chiếm 34,7% sản lượng toàn cầu.
Bảng 1: Sản lượng và năng suất CSTN của 7 nước dẫn đầu năm 2021
Hiệp hội Các nước sản xuất cao su thiên nhiên ANRPC dự đoán sản lượng cao su tự nhiên toàn cầu năm 2023 đạt khoảng 14,916 triệu tấn, với tiêu thụ đạt 14,912 triệu tấn Tuy nhiên, trong những năm tới, nguồn cung cao su toàn cầu có thể gặp nguy cơ thiếu hụt do khoảng cách giữa cung và cầu ngày càng lớn, dẫn đến tình trạng thiếu hụt có thể kéo dài đến năm 2031 Cụ thể, trong năm 2023, Việt Nam dự kiến sản xuất khoảng 425 nghìn tấn mủ cao su, giảm nhẹ so với năm trước.
Năm 2022, sản lượng hàng hóa chịu ảnh hưởng của hiện tượng El Nino và tình trạng thiếu hụt lao động Dù vậy, sản lượng vẫn đảm bảo đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước cũng như phục vụ cho xuất khẩu.
Hình 2: Sản lượng xuất khẩu CSTN tháng 4 năm 2023
Trong tháng 4 năm 2023, xuất khẩu cao su tự nhiên (CSTN) của Việt Nam đạt 470.000 tấn, tương đương 653 triệu USD, giảm 3% về lượng và 24% về trị giá so với cùng kỳ năm 2022 do giá cao su xuất khẩu liên tục giảm Trung Quốc vẫn là thị trường xuất khẩu lớn nhất, chiếm 76% tổng lượng cao su xuất khẩu, với 357.000 tấn, tương đương 484,5 triệu USD, tăng 10% về lượng nhưng giảm 14% về trị giá so với năm trước Các thị trường khác như Ấn Độ, Mỹ và châu Âu đều ghi nhận sự giảm sút trong xuất khẩu do sức mua giảm Dự báo, xuất khẩu cao su sẽ gặp khó khăn trong thời gian tới do ảnh hưởng của lạm phát tại Mỹ và châu Âu, nhưng nhu cầu tiêu thụ cao su tại Trung Quốc đang hồi phục sẽ hỗ trợ thị trường Việt Nam.
Hình 3: Sản lượng cao su nhập khẩu năm 2022
Trong tháng 5/2022, sản lượng nhập khẩu CSTN ước đạt 133.134 tấn, tương đương kim ngạch 159,3 triệu USD So với tháng 4, sản lượng tăng 39,7% và giá trị tăng 30,2%.
Trong 5 tháng đầu năm 2022, Việt Nam đã nhập khẩu 721.431 tấn cao su thiên nhiên (CSTN) với kim ngạch đạt 883,7 triệu USD, tăng 39,3% về lượng và 49,5% về giá trị so với cùng kỳ năm 2021 Campuchia là nguồn cung CSTN lớn nhất cho Việt Nam, với 589.735 tấn, chiếm 81,7% tổng lượng nhập khẩu và trị giá khoảng 679,1 triệu USD Tiếp theo là Lào, cung cấp 67.144 tấn, chiếm 9,3% thị trường nhập khẩu với giá trị 95,7 triệu USD.
Trong năm 2022, thị trường cao su trong nước và quốc tế biến động mạnh, với giá thu mua mủ cao su nguyên liệu tại các tỉnh Đông Nam Bộ dao động từ 235 - 280 đồng/TSC, tùy thuộc vào chất lượng và thương hiệu Xuất khẩu cao su của Việt Nam đạt 2,14 triệu tấn, trị giá 3,31 tỷ USD, tăng 9,7% về lượng và 1,1% về giá trị so với năm 2021, trong đó Trung Quốc chiếm hơn 74% tổng kim ngạch xuất khẩu Dự báo năm 2023, giá mủ cao su sẽ chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như sản lượng, chi phí sản xuất, tỷ giá, chính sách thuế quan và biện pháp bảo hộ thương mại Tập đoàn Cao su Việt Nam (VRG) đặt mục tiêu sản lượng cao su năm 2023 đạt khoảng 425 nghìn tấn và tiêu thụ 500 nghìn tấn, đồng thời tiếp tục cải tạo trang trại, nâng cao chất lượng mủ và phát triển sản phẩm cao su giá trị gia tăng.
1.1.2 Latex cao su thiên nhiên
Latex là mủ cao su ở trạng thái phân tán, tồn tại trong dung dịch chứa nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ Khi cây cao su được cạo, mủ chảy ra gọi là mủ nước, có màu trắng đục hoặc hơi vàng Đây là huyền phù keo với các hạt cao su rất nhỏ lơ lửng trong dung dịch chủ yếu là nước.
Latex không chỉ chứa hidrocacbon cao su mà còn bao gồm nhiều thành phần cấu tạo thiết yếu có trong tế bào sống, như protein, axit béo, dẫn xuất axit béo, sterol, gluxit, heterosid, enzym và muối khoáng.
Thành phần latex của cây cao su bị ảnh hưởng bởi di truyền, tuổi cây và điều kiện sinh lý Latex CSTN có thể được phân chia thành hai pha chính: pha nước và pha cao su.
Pha cao su, hay còn gọi là pha phân tán, bao gồm các hạt cao su có kích thước không đồng đều, với đường kính từ 0,5 đến 3 μm Đặc biệt, không quá 4% số lượng hạt vượt quá kích thước này.
Cao su có đường kính nhỏ hơn 0,5 μm chiếm đến 85% khối lượng cao su phân tán trong latex, với thành phần chính là 90% hidrocacbon cao su, 1% protein và 3% lipit Lipit và protein bao quanh hạt cao su, trong đó lipit đóng vai trò là chất hoạt động bề mặt giúp duy trì tính ổn định của thể giao trạng latex khi lớp protein bị loại bỏ.
Bảng 2: Thành phần latex cao su thiên nhiên
Axit béo và dẫn xuất 1-2%
Pha nước, hay còn gọi là pha serum nước, được hình thành từ các phân tử cao su lơ lửng trong chất lỏng, mang đặc tính của dung dịch keo nhờ chứa protein và photpholipit, đồng thời có tính chất dung dịch thật do có mặt của muối khoáng, carbohydrate và một lượng nhỏ axit amin.
Tỷ trọng của latex là khoảng 0,97, được tính từ tỷ trọng của cao su là 0,91 và serum là 1,02 Serum có tỷ trọng cao hơn nước do chứa các chất hòa tan.
Cao su thiên nhiên tách loại protein
Mủ cao su thiên nhiên (CSTN) là vật liệu lý tưởng cho sản xuất thiết bị y tế, đồ dùng gia đình và trong các ngành công nghiệp nhờ vào đặc tính kháng nước, cách điện, độ giãn dài lớn, độ đàn hồi cao và độ bền kéo Tuy nhiên, găng tay phẫu thuật và các thiết bị y tế từ cao su tự nhiên có thể gây dị ứng ngay lập tức, dẫn đến các triệu chứng như suy hô hấp và sốc phản vệ Dị ứng này được gọi là dị ứng nhạy cảm cấp tính loại I, ảnh hưởng đến người sử dụng sản phẩm cao su, bao gồm găng tay y tế, do sự hiện diện của các protein - kháng nguyên IgE trong cao su thiên nhiên.
Nghiên cứu cho thấy lớp vỏ bao quanh các hạt cao su làm giảm khả năng phản ứng của phân tử cao su trong các phản ứng biến tính Sự hiện diện của lớp vỏ protein ức chế các tác nhân phản ứng như gốc tự do, anion và cation.
Việc loại bỏ protein từ latex của cây cao su Hevea là cần thiết để mở rộng ứng dụng của vật liệu này, với khoảng 1300 loại protein được phát hiện, trong đó 15 loại có khả năng gây dị ứng cho con người Quá trình khử protein cho phép cao su thiên nhiên được sử dụng trong các sản phẩm y tế và vệ sinh như găng tay phẫu thuật, găng tay nha khoa, ống thông y tế, và túi đá y tế, giúp giảm thiểu nguy cơ dị ứng cho người sử dụng.
Trước đây, đã có 11 phương pháp được thực hiện để loại bỏ protein khỏi NR ở trạng thái latex, bao gồm phương pháp ủ enzym, sử dụng chất hoạt động bề mặt SDS và phương pháp kết hợp SDS với Urê.
Phương pháp ủ enzym sử dụng enzym proteolytic, như alkaline protease, giúp phân hủy protein thành oligome hoặc các phân tử protein có khối lượng phân tử thấp hơn, sau đó ly tâm để tách loại protein Hàm lượng Nitơ trong NR giảm từ 0,34 % xuống còn 0,02 ÷ 0,1 % sau khi loại protein (DPNR) Tuy nhiên, việc sử dụng enzym khác có thể gây dị ứng Một nghiên cứu khác kết hợp SDS và Urê như chất biến tính để thay đổi cấu trúc protein, với hàm lượng Nitơ tổng giảm xuống còn khoảng 0,02 ÷ 0,05 % sau khi ủ ở nhiệt độ thường.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp dung môi hữu phân cực như ethanol, 2-propanol, hoặc acetone với SDS và urê có hiệu quả trong việc loại bỏ protein từ HANR.
Acetone, một dung môi hiệu quả cho lipid và axit béo, giúp tách các chất béo và axit béo khỏi hạt cao su, tạo thành các mixen trong pha nước (Hình 7) Quá trình này tạo ra không gian trống trên các hạt cao su, từ đó hỗ trợ giải phóng protein khỏi cao su thiên nhiên sau khi đã được biến tính bằng urê và SDS Sự co thể tích của protein xảy ra do sự phân cắt các liên kết hydro, làm tăng khả năng loại bỏ protein.
Các protein trong cao su thiên nhiên có thể được ổn định bằng urê và SDS trong pha nước, nhờ vào việc các phần kỵ nước của protein được bao phủ Việc loại bỏ protein này có thể xảy ra tự phát sau khi loại bỏ chất béo và axit béo, do sự lỏng lẻo của chúng trên các hạt cao su Tuy nhiên, việc sử dụng dung môi có thể khiến cao su thiên nhiên dễ bị đông tụ do tác dụng hút nước của dung môi.
12 hữu cơ phân cực và khó có tính ứng dụng thực tiễn do ảnh hương của dung môi đến việc xử lý nước thải
Nghiên cứu mới đây đã chứng minh hiệu quả loại bỏ protein trong mủ cao su thiên nhiên bằng vật liệu từ tính Fe3O4@Al2O3 Cơ chế này dựa trên khả năng hấp phụ của Al2O3 kết hợp với tính chất từ của Fe3O4 Mủ cao su thiên nhiên sau khi được khử protein đã được xác nhận bằng phương pháp Kjeldahl, khẳng định tính khả thi của phương pháp này.
Fe3O4@Al2O3 có khả năng giảm hàm lượng protein từ 0,38% xuống còn 0,016%, cho thấy đây là vật liệu hiệu quả trong việc loại bỏ protein từ mủ cao su thiên nhiên Việc loại bỏ protein trong cao su thiên nhiên không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mở rộng ứng dụng của vật liệu này trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Lưu hoá cao su thiên nhiên
Lưu hoá là giai đoạn cuối cùng trong công nghệ chế tạo sản phẩm, sử dụng các chất hóa học để cải thiện tính đàn hồi và độ bền của cao su thiên nhiên Quá trình này tạo ra các liên kết ngang, biến đổi các phân tử cao su (polyme) thành mạng ba chiều thông qua các liên kết chéo hóa học, chủ yếu là lưu huỳnh Hình 8 minh họa một số sản phẩm từ lưu hoá cao su thiên nhiên.
Hình 8: Các sản phẩm từ cao su lưu hoá
Lưu hóa cao su chỉ bằng lưu huỳnh là một quá trình chậm và không hiệu quả, với phản ứng hóa học chủ yếu xảy ra ở các liên kết đôi C = C, cần từ 40 đến 55 nguyên tử lưu huỳnh cho mỗi liên kết ngang mà không có chất xúc tiến Quá trình này mất khoảng 6 giờ ở 140°C, không kinh tế so với tiêu chuẩn sản xuất Hệ chất lưu hóa này dễ bị phân hủy do oxy hóa và không đáp ứng đủ đặc tính cơ học cho các ứng dụng cao su thực tế Do đó, cần sử dụng các tác nhân bổ sung để tăng tốc độ lưu hóa.
Việc sử dụng lưu huỳnh làm tác nhân lưu hoá bao gồm ba thành phần chính: lưu huỳnh, chất xúc tiến và chất trợ xúc tiến.
Chất xúc tiến là yếu tố quan trọng trong quá trình lưu hoá, giúp tăng cường hiệu quả và cải thiện tính chất cơ lý của sản phẩm cuối cùng Chúng có thể là các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ, kích thích tốc độ phản ứng giữa các chất hóa học để hình thành liên kết mới trong phân tử cao su Một số loại chất xúc tiến phổ biến bao gồm Tiuram Sunphit, Ditiocacbamat, Guanidin, Tiazol và Sunphenamit Việc lựa chọn chất xúc tiến phù hợp phụ thuộc vào loại cao su, với cao su thiên nhiên cần sử dụng nhiều lưu huỳnh hơn và ít chất xúc tiến hơn so với cao su tổng hợp Thông thường, liều lượng chất xúc tiến được sử dụng trong các hợp chất cao su dao động từ 0,5 đến 1,5 phr.
Bảng 3: Một số loại chất xúc tiến sử dụng cho hỗn hợp cao su
Chất xúc tiến Nhóm chất Tốc độ lưu hoá
BA, HMT Andehit Amin Chậm
MBT, MBTS Tiazol Trung bình
ETU, DPTU Tioure Siêu nhanh
ZDEC, ZDBC, ZBEC Dithiocacbamat Siêu nhanh
Chất trợ xúc tiến đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hoạt tính của các chất xúc tiến hữu cơ, thường là oxit kim loại như oxit kẽm (ZnO) và oxit magiê (MgO) Chúng không chỉ giúp tăng cường hiệu quả của chất xúc tiến mà còn ngăn chặn các phản ứng phụ, ví dụ như việc sử dụng Tiuram mà không có oxit kim loại có thể dẫn đến sự hình thành axit ditiocacbamic, gây phân huỷ các tác nhân oxi hoá trong cao su Để tối ưu hóa hiệu quả của chất trợ xúc tiến, nên bổ sung axit béo như axit stearic hoặc axit oleic, trong đó axit stearic hoạt động như chất bôi trơn, hỗ trợ tăng cường vai trò của oxit kẽm và cải thiện khả năng phân tán của phụ gia Đối với quá trình lưu hóa cao su thiên nhiên (CSTN) với lưu huỳnh, cần lựa chọn hệ lưu hóa phù hợp dựa trên các yêu cầu về tính chất mong muốn.
14 muốn cần đạt được đối với vật liệu cao su Thông thường có ba hệ lưu hoá phổ biến với lưu huỳnh sẽ được trình bày dưới đây.[24]
1.3.1 Hệ lưu hoá thông thường
Hệ lưu hóa cao su tự nhiên và các hợp chất cao su tổng hợp như polyisopren và butadien thường sử dụng lưu huỳnh làm chất lưu hóa chính Để nâng cao hiệu suất quá trình đóng rắn, các phụ gia như chất xúc tiến và chất trợ xúc tiến được bổ sung vào hỗn hợp cao su Hàm lượng lưu huỳnh thường vượt quá 1,5 pkl, trong khi hàm lượng chất xúc tiến dao động từ 0,5 đến 1,0 pkl Kết quả cuối cùng là vật liệu cao su có cấu trúc ưu việt với các liên kết ngang poly sunphit (Sn), giúp tăng cường tính chất cơ học của sản phẩm.
Hệ lưu hóa thông thường với 2 nguyên tử lưu huỳnh tạo ra các liên kết ngang poly sunphit mang lại độ bền kéo và bền xé tốt hơn so với các hệ lưu hóa khác Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tính đơn giản và thuận tiện trong sản xuất, chỉ cần trộn các thành phần cần thiết với cao su và gia nhiệt đến nhiệt độ cụ thể trong khuôn mong muốn Tuy nhiên, việc sử dụng lưu huỳnh với hàm lượng cao có thể dẫn đến giảm khả năng chống lão hóa và độ đàn hồi của sản phẩm.
Hình 9: Mô tả quá trình lưu hoá cao su với lưu huỳnh
1.3.2 Hệ lưu hoá hiệu suất cao
Hệ lưu hóa hiệu suất cao sử dụng hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn 0,5 pkl, trong khi hàm lượng chất xúc tiến lại cao hơn so với hệ lưu hóa thông thường Sản phẩm cao su lưu hóa có cấu trúc mạng dày đặc với các liên kết ngang monosunphit và disunphit chiếm ưu thế, thay vì các liên kết polysunphit như trong hệ lưu hóa truyền thống.
Cao su lưu hóa có độ bền kéo, độ bền xé và khả năng chống mài mòn thấp hơn so với cao su lưu hóa thông thường do cấu trúc cầu sunphit ngắn Tuy nhiên, hệ lưu hóa hiệu suất cao mang lại nhiều ưu điểm như giảm thời gian lưu hóa, giảm mức năng lượng tiêu thụ và cho phép thay đổi điều kiện gia công mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Quá trình hình thành các liên kết ngang sunphit ổn định hơn trong cấu trúc cũng giúp cao su lưu hóa tăng cường khả năng chống lão hóa.
1.3.3 Hệ lưu hoá bán hiệu quả
Hệ lưu hóa bán hiệu quả (semi efficient vulcanization) được phát triển để khắc phục những hạn chế của hệ lưu hóa thông thường, như thời gian lưu hóa dài và lượng lưu huỳnh sử dụng lớn Tỷ lệ hàm lượng lưu huỳnh và chất xúc tiến trong hệ này nằm giữa hệ lưu hóa thông thường và hệ lưu hóa hiệu suất cao, dẫn đến các tính chất sản phẩm cao su cũng đạt mức trung bình Việc giảm lượng chất xúc tiến so với hệ lưu hóa hiệu suất cao giúp giảm khả năng lưu hóa sớm và cải thiện tính ổn định của hợp chất cao su trong quá trình vận chuyển và bảo quản Hệ lưu hóa bán hiệu quả còn nâng cao khả năng chống lão hóa của sản phẩm, giúp cao su ít bị xuống cấp theo thời gian và giảm thiểu tác động của môi trường như nhiệt, bức xạ, và ozon.
Tổng quan về nhôm hydroxit
Nhôm hydroxit là một chất hấp thụ, chất nhũ hoá, chất trao đổi ion và chất kháng thuốc thường được sử dụng trong lọc nước, kể cả vi khuẩn
Theo cấu trúc thì nhôm hidroxit thường được chia làm hai loại: nhôm tri hydroxit Al(OH)3 và nhôm mônô hydroxit AlO(OH)
Xét về cấu trúc, Nhôm hidroxit có ba dạng cấu trúc chính:
Cấu trúc phân lớp của chúng bao gồm hai mặt phẳng ion OH, với các cation Al3+ nằm giữa hai mặt phẳng, chiếm 2/3 số khoang bát diện Lớp kép OH có thể được biểu diễn bằng tấm bát diện Al(OH)6 có chung các cạnh Trong mỗi lớp, tồn tại các lỗ hổng lớn hình tam giác-lục giác, và sự gắn kết giữa các lớp khác nhau được đảm bảo nhờ các liên kết hydro.
Hai điểm khác biệt chính giữa các hệ thống này là: trình tự của các lớp và hướng của các liên kết O–H.[25] a Nhôm hydroxit dạng Gibbsit
Gibbsit, Al(OH)3, là một trong những dạng khoáng vật quan trọng của Nhôm hydroxit Hình 10 cho thấy cấu tạo của Gibbsit một dạng cấu trúc của Nhôm hydroxit.[26]
Hình 10: Cấu tạo của Gibbsit Hình 11: Cấu trúc của Gibbsit
Gibbsit, với công thức hóa học Al2O3.3H2O = 2Al(OH)3, là thành phần quan trọng trong quặng Boxit, đóng vai trò chính trong quá trình sản xuất nhôm kim loại từ quặng này Thường được gọi là γ-Al(OH)3, nhưng đôi khi cũng được biết đến với tên gọi α-Al(OH)3, gibbsit còn được gọi là hydrargillite.
Khối lượng riêng dao động từ 2,3 – 2,43 g/cm 3
Các thông số mạng của Gibbsit là: a = 8,54 ÷ 8,68 A o ; b = 5,06 ÷ 6,09 A o ; c = 9,21 ÷ 9,76 A o ; 𝛽 = 85 o ,16’ ÷
Cấu trúc ô mạng cơ sở của Gibbsit bao gồm 8 ion Al³⁺ và 24 ion OH⁻, tương ứng với 8 phân tử Al(OH)₃ Tinh thể Gibbsit có cấu trúc lớp, với mỗi lớp gồm 2 phiến ion OH⁻ nằm trên mặt phẳng song song (001), xen kẽ là các phiến ion nhôm Sự sắp xếp này tạo thành mạng lưới lục giác do các nhóm OH⁻, trong đó ion nhôm nằm ở trung tâm hình lục giác.
Trong cấu trúc mạng tinh thể, ion nhôm chỉ chiếm 2/3 thể tích hình lục giác Cấu trúc này bao gồm 3 lớp, mỗi lớp được hình thành từ các vòng và nhóm hidroxit Các ion OH- trong các lớp đối diện được kết nối bởi liên kết OH, trong khi các bát diện nhôm hidroxit trong mỗi lớp cũng liên kết với nhau.
17 các đỉnh chung tạo 1 vòng.[27] b Nhôm hydroxit dạng Bayerit
Bayerit là một khoáng chất không gặp trong thiên nhiên chủ yếu được tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau Phương pháp thường tổng hợp như sau:
- Từ dung dịch muối nhôm (pH = 10,0 -11,5) sau đó sực vào CO2 vào dung dịch aluminat có nồng độ 200 g/l Al2O3 ở nhiệt độ phòng
- Phân huỷ dung dịch alminat không có mầm tinh thể ở nhiệt độ phòng
- Thuỷ nhiệt Gibbsit trong nồi áp lực dưới áp lực không khí hoặc CO2 ở 100 oC - 105 o C
Các thông số của mạng Bayerit a = 5,01 ÷ 5,05 A o ; b = 8,5 ÷ 8,67 A o ; c 4,73 ÷ 4,76 A o ; 𝛽 = 90,27 o [28]
Hình 12: Cấu trúc của Bayerit Hình 13: Cấu trúc lớp của Bayerit
Do khoảng cách giữa các lớp trong Bayerit nhỏ hơn trong Gibbsite, khối lượng riêng của Bayerit đạt 2,53 g/cm³, lớn hơn một chút so với Gibbsite Về cấu trúc, cả Bayerit và Gibbsite đều có cấu trúc 3 lớp và kết tinh lục giác, nhưng khác nhau ở cách phân bổ OH Trong Bayerit, các lớp OH- được phân bố theo hệ lục giác.
Cấu trúc của lớp Bayerit được thể hiện trong Hình 13, cho thấy sự phân bố của các nguyên tử ở lớp thứ 3 trên nguyên tử lớp thứ nhất Trong cấu trúc này, 2/3 thể tích được chiếm bởi cation, trong khi phần còn lại là ô trống Bên cạnh đó, dạng Nordstrandit cũng là một chủ đề đáng chú ý trong nghiên cứu.
Mạng lưới tinh thể Nordstrandit được hình thành từ các bát diện Al(OH)3 trung hòa điện, khác biệt với tinh thể Gibbsite do sự thiếu hụt ion kim loại trong cấu trúc tinh thể.
Cấu trúc tinh thể của Nordstranditchiếu lên mặt phẳng (100) Kích thước các liên kết trong Nordstrandite: O–Al = 1,73 Ao; O–O = 2,85Ao.[27]
Nordstrandit cũng như Bayerit và Gibbsit có cấu trúc lớp Trên hình 14 cho thấy cấu trúc tinh thể của Nordstranditchiếu lên mặt phẳng
Các hằng số ô mạng cơ sở: a = 6,125 – 6,167 A o ; b = 6,923 – 6,936 A o ; c = 5,074 – 5,082 A o
Nordstranditthuộc hệ tinh thể tam tà: α= 95,62 o – 95,93 o ; β= 98,62 o – 99,08 o ; γ
Hình 14: Cấu trúc tinh thể của Nordstrandit
Nhôm mônô hydroxit có hai dạng thù hình chính, bao gồm:
Bemit, với công thức hóa học Al2O3.H2O hay 2AlO(OH), tồn tại ở hai dạng gel và tinh thể, thường được tìm thấy trong quặng bôxit trong tự nhiên Cấu trúc ô mạng cơ sở của Bemit bao gồm 4 phân tử AlO(OH), với spin tinh thể có hình dạng hình thoi Các hằng số ô mạng cơ sở của Bemit được xác định là a = 2,85 - 2,87 Å; b = 12,20 - 12,24 Å; c = 3,69 - 3,70 Å.
Tinh thể Bemit được hình thành từ hai lớp khối oxi bát diện, với các ion nhôm Al 3+ nằm ở trung tâm Mỗi ion nhôm được bao bọc bởi bốn nguyên tử oxi và hai gốc hydroxit Trong cấu trúc, các hình bát diện kết nối với nhau theo hướng trục x bằng các cạnh, trong khi theo hướng trục z, chúng nối bằng các đỉnh bát diện Bemit thường tồn tại ở trạng thái phân tán mịn, và cấu trúc tinh thể của nó được minh họa trong Hình 15.
Diaspor cũng có thành phần giống với Bemit, Al 2 O 3 H 2 O hay 2AlO(OH) Ô mạng cơ sở của Diaspor cũng chứa 4 đơn vị AlO(OH) Hằng số ô mạng cơ sở Hằng
Số mạng của Diaspor được xác định với các thông số: a = 4,39 - 4,43Å; b = 9,36 - 9,43 Å; c = 2,8 - 2,84 Å Trong cấu trúc của Diaspor, các lớp nguyên tử oxi được sắp xếp chặt chẽ trong hệ lục giác Ion nhôm nằm ở vị trí bát diện giữa các lớp, tạo thành các dải khối bát diện theo một hướng nhất định Mỗi nguyên tử oxi liên kết với một nguyên tử hydro, và các nguyên tử oxi kết nối với nhau thông qua liên kết hydro.
Hình 15: Ô mạng cơ sở của Bemit Hình 16: Cấu trúc của Diaspor
Cơ chế loại bỏ protein trong cao su thiên nhiên bằng Al(OH) 3
Nhôm hydroxit là một chất lưỡng tính, có khả năng hoạt động như axit hoặc bazơ, và dễ dàng chia sẻ electron với protein Thành phần ion nhôm phụ thuộc vào môi trường pH, cụ thể là nó có thể tạo thành các dạng như Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH)3, và Al(OH)4- tùy thuộc vào điều kiện pH Ở pH từ 6 đến 8, Al(OH)3 không hòa tan chiếm ưu thế, trong khi ở pH cao hơn, Al(OH)4- được hình thành Khi pH giảm xuống dưới 6, Al(OH)2+ xuất hiện trước, sau đó là Al(OH)2+, và cuối cùng là Al3+.
Hình 17: Sự phụ thuộc của thành phần ion nhôm vào pH
Protein bao gồm các axit amin, trong đó các axit và bazơ yếu tạo ra liên kết ion và cộng hóa trị với nhôm hydroxit Nhôm hydroxit có khả năng hình thành các ion phức oxit-hidroxit với tổng điện tích phụ thuộc vào độ pH của dung dịch Ở pH kiềm của latex, nhôm hydroxit (Al(OH)3) có thể tạo thành ion âm tetrahydroxo aluminum Al(OH)4 -, sau đó phản ứng với các axit amin trong protein để hình thành phức hợp Protein-aluminate Các phản ứng này của protein có thể được mô tả chi tiết.
H3N + CHRCOO - + (OH)Al(OH) - 3 → H2NCHRCOOAl(OH) - 3 + H2O
Các phản ứng hóa học cho thấy sự tương tác giữa amin (H3N), ion axetat (CHRCOO-) và nhôm hydroxit [(OH)Al(OH)3] dẫn đến sự hình thành các phức hợp protein-nhôm khác nhau Cụ thể, khi amin và ion axetat kết hợp với nhôm hydroxit, có thể tạo ra các hợp chất hòa tan như H2NCHRCOOAl(OH)2, (H2NCHRCOO)2Al(OH) và (H2NCHRCOO)3Al, kèm theo nước và ion hydroxide Tuy nhiên, các phức hợp protein-nhôm được hình thành một phần có thể không hòa tan trong dung dịch, dẫn đến việc loại bỏ protein khỏi latex.
Hình 18: Cấu trúc protein trước (A) và sau (B) khi bị biến tính với Al(OH) 3
Cơ chế loại bỏ protein trong latex CSTN bằng Nhôm hidroxit được mô tả như sau: NRL được kết hợp với Al(OH)3 trước khi lưu hóa Đầu tiên, NRL kết hợp với chất hoạt động bề mặt, sau đó ủ với Al(OH)3 trong một khoảng thời gian Cuối cùng, quá trình ly tâm được thực hiện để làm sạch vật liệu, loại bỏ một phần nước và protein hòa tan Kết quả thu được là mủ cải thiện đáng kể về mặt quang học, với sự giảm thiểu protein hiệu quả.
Hình 19: Cơ chế loại bỏ protein trong latex CSTN bằng Nhôm hydroxit
Hình 20: Quá trình ly tâm tách protein
Khoảng 75% protein trong mủ cao su hòa tan tự do trong serum, trong khi 25% protein liên kết với bề mặt các hạt cao su CSTN thường được cô đặc để giảm hàm lượng nước, với mủ được ly tâm có thể đạt từ 33% đến 60% hàm lượng cao su khô Quá trình này loại bỏ khoảng một nửa protein hòa tan khỏi NRL, làm tăng tỷ lệ phần trăm protein liên kết với các hạt cao su từ 25% lên khoảng 50% Đồng thời, hàm lượng lipit cũng tăng từ 1,3% lên 2,0% Nếu tiếp tục ly tâm, hàm lượng protein tổng có thể giảm, và ly tâm kép có thể làm giảm hàm lượng protein tổng thể từ 63% trở lên Mặc dù đây là phương pháp đơn giản để giảm protein trong mủ cao su, nhưng nó không hiệu quả về mặt chi phí.
Quá trình cô đặc bằng cách ly tâm có thể dẫn đến việc mất khoảng 10% cao su để tách mủ Để duy trì độ ổn định của latex ly tâm kép và ngăn chặn đông tụ, cần bổ sung chất ổn định hóa học Kết hợp các tác nhân để khử protein, sử dụng chất hoạt động bề mặt SDS và ly tâm là phương pháp hiệu quả giúp giảm hàm lượng protein và giảm chi phí phát sinh.
Nhôm hydroxit thường được sử dụng như một chất hấp thụ, nhũ hóa, trao đổi ion và thuốc kháng axit, đặc biệt trong quá trình lọc nước Hình ảnh tinh thể Nhôm hydroxit trong nước được minh họa trong Hình 21.
Hình 21: Ảnh SAED (a), TEM (b), SEM (c) của tinh thể Nhôm hydroxit
Việc trao đổi và tạo phức giữa protein và Al(OH)3 diễn ra đồng thời với sự hấp phụ của một số tạp chất không cao su vào bề mặt các tinh thể Nhôm hydroxit Sự kết hợp giữa TEM và SEM cho thấy các tinh thể bayerit hình đồng hồ cát, nhiều răng cưa, được đặc trưng bởi SAED là kết quả của việc xếp chồng nhiều tinh thể Điều này chỉ ra rằng bên cạnh sự tạo phức giữa protein và Al(OH)3 hòa tan, các tạp chất không cao su cũng có thể hấp phụ lên bề mặt tinh thể Nhôm hydroxit.
Vi khuẩn và nấm có khả năng phân huỷ cao su thiên nhiên, trong khi việc đốt cao su tổng hợp có thể sản sinh ra các chất độc hại như dioxin, xyanua và hydro clorua Khác với cao su tổng hợp, cao su thiên nhiên (CSTN) được xử lý để loại bỏ protein bằng Al(OH)3, giúp giảm thiểu tác động đến môi trường mà vẫn giữ nguyên các đặc tính của nó Quy trình tối ưu trong việc tạo ra mủ cao su không chỉ đảm bảo tính ổn định và sạch hơn mà còn giúp giảm chi phí hóa chất trong quá trình sản xuất khi loại bỏ protein từ mủ CSTN.
THỰC NGHIỆM
Hoá chất và thiết bị
Mủ cao su latex, được sản xuất bởi Công Ty TNHH MTV Dầu Tiếng tại Huyện Dầu Tiếng, Tỉnh Bình Dương, trải qua quá trình xử lý công nghiệp bằng cách bổ sung amoniac để ngăn chặn đông tụ, đạt độ đặc 60% DRC.
Hình 22: Công nhân thu hoạch mủ tại vườn
Bảng 4: Các hoá chất sử dụng trong nghiên cứu
STT Tên Hóa Chất Công Thức Hãng sản xuất
1 Nhôm hydroxit Al(OH)3 Merck, Germany
2 Urê Nacalai-Tesque Nhật Bản
3 SDS CH3(CH2)11OSO3Na Chameleon, Nhật
4 Kali sunphat K2SO4 , >99% Chameleon, Nhật
5 Đồng sunphat CuSO4, >99% Chameleon, Nhật
7 Axit sulfuric H2SO4 98% Xilong, Trung Quốc
8 Axit sunfuric H2SO4 0,01N Wako, Nhật
10 Axit boric H3BO3 2% Nacalai Tesque, Nhật
STT Tên Hóa Chất Công Thức Hãng sản xuất
11 Natri hidroxit NaOH Fisher, Anh
12 Axit Acetic CH3COOH Xilong, Trung Quốc
Cân kỹ thuật: độ chính xác ± 0,01 (g); Cân Ohaus-PA4102 – Mỹ
Cân phân tích: độ chính xác ±0,0001 (g); Cân Ohaus-PX2 – Mỹ
Máy khuấy từ gia nhiệt AREC.X; VELP - Ý
Máy li tâm lạnh MX-305; TOMY KOQYO – Nhật Bản
Máy đo phổ hồng ngoại Thermo Scientific Nicolet iS50 FT-IR
Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân JEOL ECA-400 FT-NMR; Nhật Bản
Quy trình loại bỏ protein trong cao su thiên nhiên
Hình 23 mô tả hai quy trình loại bỏ protein trong cao su thiên nhiên bằng Nhôm hidroxit và Urê
Quy trình loại bỏ protein trong cao su thiên nhiên bắt đầu bằng việc lọc mủ cao su thiên nhiên (DRC = 60%) qua lưới lọc để loại bỏ tạp chất Tiếp theo, mủ được pha loãng với nước cất để đạt hàm lượng cao su khô 30% Sau đó, khoảng 1% trọng lượng SDS được thêm vào mủ đã pha loãng và khuấy trong 30 phút Aluminium hidroxit được trộn với latex CSTN và khuấy trong 60 phút Cuối cùng, hỗn hợp được ly tâm ở tốc độ 10.000 vòng/phút trong 30 phút.
Trong nghiên cứu, để loại bỏ phức hợp protein-aluminate, mẫu được ly tâm ở 15 o C trong 25 phút, sử dụng máy ly tâm như thể hiện trong Hình 23 Kem thu được từ lần ly tâm đầu tiên được hòa tan với 0,5% trọng lượng SDS và khuấy trong 30 phút để tạo ra mủ DPNR-A1, trong khi mẫu không ly tâm được gọi là A0-DPNR Mủ DPNR-A1 sau đó được rửa và ly tâm lần hai, kem thu được từ lần này cũng được hòa tan với SDS 0,5% và khuấy để tạo ra DPNR-A2 Quy trình tương tự được thực hiện để sản xuất DPNR-A3 Các mẫu DPNR-A1, DPNR-A2, và DPNR-A3 được điều chế bằng cách đúc mủ lên đĩa petri và sấy khô ở 50 o C Nghiên cứu cũng khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Al(OH)3, thời gian phản ứng và số lần ly tâm đến hàm lượng Nitơ tổng số.
Hình 24: Máy ly tâm lạnh MX-350, TOMY
Các kết quả tối ưu hóa được so sánh với các mẫu cao su thiên nhiên đã khử protein sau một, hai và ba lần ly tâm bằng Urê Cao su HANR được xử lý với Urê 0,1% và dung dịch SDS 1% trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng Sau khi ủ, dung dịch được ly tâm để tách phần kem, sau đó phân tán lại trong dung dịch SDS 0,5% Phần kem này được làm sạch thêm hai lần, lần lượt phân tán vào dung dịch SDS 0,5% và 1% Các mẫu cao su thiên nhiên khử protein bằng Urê được đặt tên là DPNR-U1, DPNR-U2, DPNR-U3 Quy trình thí nghiệm được minh họa trong Hình 22.
Sau khi loại bỏ protein, DPNR được xác định lại hàm lượng cao su khô (DRC) bằng phép phân tích khối lượng như sau:
Bước 1 Cân chính xác bằng cân phân tích và ghi lại khối lượng của foil nhôm (m1)
Bước 2 Nhỏ 5 ÷ 6 giọt latex DPNR bằng pipet nhựa vào từng foil nhôm và ghi lại chính xác khối lượng (m2)
Bước 3 Sấy trong 8h ở nhiệt độ 50 o C
Bước 4 Cân và ghi lại khối lượng của foil nhôm chứa cao su khô (m3)
Bước 5 DRC chính xác của DPNR được lấy từ giá trị trung bình của 3 lần đo, với DRC được tính như sau:
Quy trình lưu hoá cao su thiên nhiên sau khi loại bỏ protein
Mẫu latex cao su được xử lý bằng Al(OH)3 và Urê, đóng vai trò là nguyên liệu chính trong quy trình sản xuất găng tay Sơ đồ quy trình chế tạo găng tay trong phòng thí nghiệm được minh họa trong Hình 24.
Quy trình chế tạo găng tay bắt đầu bằng việc làm sạch khuôn sứ bằng chổi cọ, xà phòng và nước để loại bỏ bụi bẩn Sau đó, khuôn được rửa lại bằng nước nóng nhằm đảm bảo sạch sẽ hoàn toàn.
Khuôn sứ cần được sấy khô ở 80°C trong 4 phút và sau đó nhúng vào dung dịch tạo đông trước khi sấy khô lại Việc sấy khô hoàn toàn là rất quan trọng để tránh hiện tượng cục đông trong bồn mủ Khi nhúng, cần thực hiện từ trên xuống, vuông góc với mặt đất để dung dịch bám đều lên khuôn Tiếp theo, khuôn sẽ được nhúng vào dung dịch latex đã pha trộn với hỗn hợp lưu hoá, thực hiện tương tự như bước nhúng tạo đông Sau khi sấy khô để ráo nước, se viền sản phẩm và tiến hành lưu hoá Cuối cùng, làm nguội khuôn, thoát găng và thu được sản phẩm hoàn thiện.
Hình 26: Mẫu sau khi se viền (trái) và khi thoát găng (phải)
Hình 27: Dung dịch tạo đông và dung dịch latex trong nghiên cứu
Để chế tạo găng tay cao su đã loại bỏ protein, các bước pha trộn hoá chất cần thực hiện bao gồm việc pha trộn latex cao su và pha trộn dung dịch tạo đông.
27) Mủ cao su khuấy với tốc độ vừa phải, tránh gây bọt, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
Dung dịch tạo đông bao gồm nước, Canxi nitrat (Ca(NO3)2), Canxi cacbonat (CaCO3) và chất thấm ướt Canxi nitrat đóng vai trò quan trọng trong việc đông tụ các hạt latex mang điện tích âm, đồng thời cũng là chất độn giúp tăng trọng lượng sản phẩm Canxi cacbonat không chỉ giúp chống dính khuôn mà còn được sử dụng làm chất độn để tăng khối lượng của găng tay, giúp sản phẩm dễ dàng thoát khỏi khuôn sứ sau khi tạo thành Chất thấm ướt hỗ trợ làm bóng bề mặt và đảm bảo dung dịch phân tán đều Chi tiết về khối lượng các thành phần trong dung dịch được trình bày trong Bảng 5.
Bảng 5 : Thành phần dung dịch tạo đông
STT Thành phần Tỷ lệ (pkl)
Dung dịch latex bao gồm các thành phần chính như lưu huỳnh, ZnO, ZDEC (chất xúc tiến lưu hóa), KOH, chất chống oxy hóa và chất ổn định Thông tin chi tiết về khối lượng của các thành phần này được trình bày trong Bảng 6.
Bảng 6: Thành phần lưu hoá dung dịch latex
STT Thành phần Tỷ lệ (pkl)
Các phương pháp đánh giá
2.4.1 Phương pháp Kjeldahl xác định hàm lượng Nitơ tổng a Nguyên tắc
Phân hủy các hợp chất Nitơ trong mẫu thử bằng axit sunfuric đặc và nóng, kết hợp với chất xúc tác, sẽ thu được amoni sulfate Sản phẩm sau quá trình phân hủy cần được kiềm hóa để đạt được hiệu quả tối ưu.
29 bằng dung dịch NaOH và giải phóng amoniac bằng phương pháp chưng vào lượng dư axit boric (H3BO3) Chuẩn độ amoniac bằng dung dịch chuẩn axit H2SO4
0,01N.[37] Các phương trình hóa học xảy ra trong quá trình xác định hàm lượng nitơ:
- Bước 1: Vô cơ hóa mẫu
- Bước 2: Chưng chất lôi cuốn với hơi nước:
(NH4)2SO4 + NaOH → NH3 + Na2SO4 + H2O
NH4H2BO3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 + H3BO3
Hình 28: Bộ chưng cất Kjeldahl b Cách tiến hành
Quy trình xác định hàm lượng Nitơ tổng thể hiện trên Hình 29
DPNR được sấy khô ở nhiệt độ 50-60°C cho đến khi đạt khối lượng không đổi, sau đó tiến hành phân tích hàm lượng nitơ tổng bằng phương pháp Kjeldahl Lấy 0,1g mẫu cao su trộn với 0,65g chất xúc tác (kali sulfate, đồng sulfate và selen theo tỷ lệ 15:02:01) cùng 2,5 ml H2SO4 đậm đặc, rồi đốt dưới ngọn lửa đèn cồn trong khoảng 30-40 phút cho đến khi thu được dung dịch đồng nhất có màu xanh lục nhạt.
Trong quá trình phân hủy các hợp chất chứa nitơ, muối (NH4)2SO4 được hình thành Sau khi hoàn thành việc đốt mẫu, cần pha loãng dung dịch mẫu bằng 40ml nước cất và thực hiện 3 lần trước khi đổ vào bình chưng cất Tiếp theo, thêm 10ml NaOH 50% wt vào bình chưng và sục hơi nước, cần thao tác nhanh để tránh mất quá nhiều NH3, gây sai số lớn Quá trình chưng cất mẫu kéo dài từ 20 đến 30 phút.
Hình 29: Quy trình xác định hàm lượng Nitơ tổng
Khí được tách ra từ bộ chưng cất được sục qua dung dịch axit Boric 2%, giúp NH3 hòa tan hoàn toàn trong H3BO3 Mỗi lần cất, thể tích dung dịch thu được phải đồng nhất, có thể là 40ml hoặc 60ml Sau đó, thực hiện chuẩn độ bằng axit sulfuric 0,01N với chỉ thị metyl đỏ cho đến khi xảy ra chuyển màu từ vàng sang hồng.
Ghi thể tích của dung dịch H2SO4 0,01N tiêu tốn để xác định hàm lượng nitơ tổng có trong mẫu c Tính toán
Tổng hàm lượng nitơ trong mẫu được tính theo công thức sau:
V1: thể tích của H2SO4 0,01N chuẩn độ mẫu sau khi cất đạm, ml
V0 thể tích của H2SO4 0,01N chuẩn độ mẫu trống (tiến hành tương tự nhưng không có cao su), ml m : khối lượng chính xác của mẫu cao su, g
Hình 30: Dung dịch trước và sau khi chuẩn độ d Cách lấy kết quả:
Kết quả phân tích hàm lượng nitơ trong cao su được tính toán dựa trên trung bình của ba lần phân tích Nếu sai số vượt quá 5%, sẽ tiến hành thực hiện thêm các phân tích để đảm bảo độ chính xác, sau đó lấy kết quả trung bình cuối cùng.
3 lần có sai số ít nhất
2.4.2 Phương pháp đo phổ hồng ngoại FT-IR Đối với kỹ thuật đo phổ IR trước đây, quy trình phân tích mẫu được thực hiện từng bước, theo đó mẫu được chiếu xạ với các bước sóng đơn khác nhau (kỹ thuật tán xạ ánh sáng) để kiểm tra một cách độc lập từng bước sóng Với sự phát triển của công nghệ, phương pháp Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) cho phép thu thập dữ liệu quang phổ của tất cả các bước sóng trong một lần quét
Hình 31: Máy đo phổ FT-IR Thermo Scientific Nicolet iS50
Kỹ thuật này sử dụng nguồn ánh sáng hồng ngoại (IR) liên tục trên dải bước sóng rộng, cho phép ánh sáng đi qua giao thoa kế và chiếu vào mẫu đo Cao su thiên nhiên đã khử protein (DPNR) được kiểm tra tín hiệu protein và đặc trưng cấu trúc thông qua phép đo FT-IR trên thiết bị Thermo Scientific Nicolet iS50 FT-IR.
Kết quả phổ hồng ngoại được trình bày trên hai trục: trục hoành thể hiện số sóng (cm -1) tương ứng với tần số dao động, trong khi trục tung biểu diễn cường độ hấp thụ Trong nghiên cứu cấu trúc các hợp chất hữu cơ, thường chỉ tập trung vào vùng số sóng từ 4000 đến 400 cm -1 Tần số dao động bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như dung môi, nồng độ mẫu, nhiệt độ và nhóm thế Cường độ hấp thụ có thể được thể hiện thông qua hệ số.
32 truyền qua (%T) hoặc độ hấp thụ (A) Sự liên hệ giữa hai đơn vị này được thể hiện thông qua biểu thức: A = log10 (1/T)
2.4.3 Phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR
Mẫu cao su sau khi được sấy khô sẽ được hòa tan trong dung môi CDCl3 với tỷ lệ thích hợp, cụ thể là 20 mg mẫu cho 0,7 ml dung môi đối với phép đo 1H và 100 mg mẫu cho 0,7 ml dung môi đối với phép đo 13C hoặc 2 chiều Mẫu cần được để tan tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong vài ngày trước khi tiến hành đo Hình 32 minh họa thiết bị đo NMR được sử dụng trong nghiên cứu.
Hình 32: Thiết bị JEOL ECA 400 FT-NMR
Máy được vẫn hành ở 400 và 100 MHz lần lượt tương ứng với phương pháp
Để quan sát các tín hiệu nhỏ trong mẫu bằng phương pháp 1H và 13C NMR, cần lựa chọn kỹ lưỡng điều kiện đo và số vòng quét Phép đo 1H-NMR yêu cầu thực hiện 3000 vòng quét, với mỗi vòng kéo dài 7 giây.
2.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng gel
Cao su thiên nhiên có những đặc tính quan trọng như độ bền cao và khả năng kết tinh nhanh, nhờ vào sự phân nhánh hóa học ở cả hai đầu chuỗi phân tử Các tính chất này được thể hiện qua hàm lượng gel, mà hàm lượng này tăng lên trong quá trình bảo quản nhưng lại giảm sau khi khử protein Việc loại bỏ các thành phần phi cao su sẽ làm giảm hàm lượng gel và ảnh hưởng đến cơ tính của cao su thiên nhiên Phương pháp xác định hàm lượng gel được thực hiện qua các bước cụ thể.
Bước đầu tiên là chuẩn bị các mẫu đã được sấy khô hoàn toàn Cắt nhỏ khoảng 0,04 g mẫu với kích thước 1mm³, sau đó cân trên cân phân tích và ghi lại chính xác khối lượng mẫu (m1).
Bước 2 Ngâm mẫu với 40 (ml) toluen trong bình thủy tinh sạch và khô trong 1 tuần, tránh ánh sáng
Tiến hành ly tâm lạnh trong 30 phút với tốc độ 10.000 vòng/phút, sau đó lọc và thu phần gel Gel được sấy khô ở 50 độ C đến khi đạt khối lượng không đổi (m2) Hàm lượng gel của mẫu được tính theo công thức đã định.
+ m1 là khối lượng chính xác của mẫu cao su cần xác định
+ m2 là hàm lượng gel khô
2.4.5 Phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu
Hình 33: Thiết bị Toyoseiki Strograph VG5E
Thiết bị A Toyoseiki Strograph VG5E và mẫu đo độ bền kéo được trình bày trong Hình 33 Mẫu đo được thiết kế theo dạng mái chèo, tuân thủ mẫu No.7 của tiêu chuẩn JIS K6251, như thể hiện trong Hình 34.
Để xác định độ bền kéo của mẫu CSTN theo tiêu chuẩn JIS K6251, nghiên cứu đã tiến hành đo độ bền kéo (tensile strength) của vật liệu với tốc độ đầu kẹp mẫu là 200 mm/phút Kết quả thu được là đường cong ứng suất-biến dạng, thể hiện ứng xử của mẫu trong quá trình chịu tác động của ngoại lực.