Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polime phân hủy sinh học trên cơ sở polylactic axit tt

Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học trên thế giới.... Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học ở Việt Nam.... T

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

MAI VĂN TIẾN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLIME PHÂN HỦY SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ POLYLACTIC AXIT

MỤC LỤC

Trang

Danh mục các bảng……… ……II.1 Danh mục các hình……… ………… … III.1

MỞ ĐẦU … ……1

Chương I TỔNG QUAN ………3

1.1 Giới thiệu chung về polyme phân hủy sinh học … 3

1.1.1 Khái niệm về polyme phân hủy sinh học ……….3

1.1.2 Khái quát các quá trình phân hủy của polyme …… 4

1.1.3 Phân loại polyme phân hủy sinh học ……….7

1.1.4 Ứng dụng polyme phân hủy sinh học……… ……… ….… 16

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học trên thế giới và ở Việt Nam……… ……… ……18

1.2.1 Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học trên thế giới ……… …18

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học ở Việt Nam ….…20

1.3 Polyme phân hủy sinh học trên cơ sở axit lactic……… …….21

1.3.1 Axit lactic …… 21

1.3.2 Lactit …… 28

1.3.3 Polyme hóa mở vòng các este vòng……… … ….33

1.3.4 Các phương pháp tổng hợp polylactic axit ….… 43

1.3.5 Tính chất của polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polylactic axit……… …….48

1.3.6 Quá trình phân hủy sinh học của polylactit và poly(lactit-co-glycolit)…… … … 49

1.6.4 Phương pháp gia công polylactit……… ….… 51

1.6.5 Ứng dụng của polylactit……… ……… 51

Chương 2 THỰC NGHIỆM …….53

2.1 Nguyên liệu và hoá chất …….53

2.2 Thiết bị sử dụng …… 53

2.3 Phương pháp thực nghiệm – tổng hợp, gia công, nghiên cứu phân hủy vật liệu PLA … … 54

2.3.1 Điều chế axit lactic bằng phương pháp lên men tinh bột sắn……… … ….54

2.3.2 Tổng hợp PLA……… … ….54

2.3.3 Các phương phân tích đặc trưng tính chất, cấu trúc và sự phân hủy của vật liệu … 60

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… … ….70

3.1 Tổng hợp axit lactic bằng công nghệ lên men……… … …70

3.1.1 Lên men tổng hợp lactic axit……… ……70

3.1.2 Phân tích sản phẩm……… ……… ……73

3.1.3 Phân tích so sánh xác định thành phần D, L lactic và độ quay phân cực của các loại axit lactic……….…….……… ….… 76

3.1.4 Sự thay đổi nồng độ [H+], thành phần cấu trúc của các loại lactic axit trong các điều kiện bảo quản khác nhau … …77

3.2 Nghiên cứu xác định các điều kiện tổng hợp 3,6dimethyl1,4dioxane2,5 -dione (lactidt)……… ….….……… …… 78

3.2.1 Các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình tách loại nước để làm khan axit lactic .… …78

3.2.2 Ảnh hưởng các điều kiện tới phản ứng tổng hợp lactic oligome………… ….… 80

3.2.3 Phản ứng tổng hợp lactit ……….………… … ….84

3.2.4 Đặc trưng cấu trúc và tính chất của sản phẩm lactit….……… … 93

3.3 Tổng hợp polylactit bằng phương pháp polyme hóa mở vòng lactit… …… ….… 98

3.3.1 Động học của phản ứng polyme hóa mở vòng lactit….……… …… 98

3.3.2 Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng tới quá trình polyme hóa mở vòng lactit … 101

3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng loại lactit và điều kiện phản ứng đến khối lượng phân tử trung bình của PLA……… … …106

3.3.4 Mối quan hệ giữa khối lượng phân tử và các tính chất của sản phẩm PLA ….…108

3.3.5 Đặc trưng cấu trúc của PLA……… …112

3.3.6 Quy trình tổng hợp PLA……… ……… …….116

3.4 Nghiên cứu công nghệ gia công chế tạo vật liệu trên cơ sở PLA……… …….117

3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia đến tính chất cơ lý của vật liệu… …….119

3.4.2 Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất cơ lý……… … 120

3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện gia công trên máy ép đùn (to, thời gian, vòng quay trục vít) đến tính chất vật liệu ……… .… 121

3.4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện gia công trên máy ép phun (to, thời gian, tốc độ ép) đến tính chất cơ lý của vật liệu ……… .… 123

3.5 Nghiên cứu sự phân hủy của PLA……… …….124

3.5.1 Độ ổn định của PLA trong không khí tự nhiên……… ……124

3.5.2 Động học phân hủy của PLA trong môi trường in vitro……… …125

3.5.3 Sự thay đổi khối lượng phân tử và suy giảm độ bền kéo của PLA theo thời gian phân hủy trong các môi trường khác nhau……… ……… … 126

3.5.4 Sự thay đổi pH môi trường phân hủy của PLA theo thời gian……… ….…128

3.5.5 Nghiên cứu sản phẩm phân hủy thủy phân của PLA 130

3.5.6 Nghiên cứu sự thay đổi hình thái học và cấu trúc bề mặt mẫu sản phẩm PLA bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét…… ……… … …131

3.5.7 Nghiên cứu tác động của vi sinh vật lên sự phân hủy của PLA ….…134

KẾT LUẬN ….….138

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÓ LIÊN QUAN ĐÃ CÔNG BỐ .139 PHỤ LỤC

A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN

1 Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án: Trong những năm gần đây, có rất nhiều công trình nghiên cứu về tổng hợp và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polylactic axit (PLA) trên thế giới Sở dĩ có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này là xuất phát từ những lý do sau đây:

- Thứ nhất là do yêu cầu phát triển khoa học: Đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polyethylen tỷ trọng thấp với tinh bột, có sự tham gia của các chất trợ tương hợp và phụ gia quang hóa, phụ gia oxi hóa… Kết quả là đã tạo ra nhiều chủng loại polyme khác nhau có khả năng phân hủy sinh học, đã và đang được ứng dụng trong công nghiệp và đời sống, nhằm thay thế dần những vật liệu khó phân hủy hiện nay Mặc dù vậy, các loại sản phẩm này cũng chỉ có khả năng phân hủy đến đoạn mạch (segment), mà chưa có thể phân hủy tới phân tử thấp Yêu cầu phát triển khoa học và xu hướng nghiên cứu của lĩnh vực này là rất cần thiết tạo ra những loại vật liệu polyme có khả năng phân hủy đến phân tử thấp: monome, CO2 và H2O hoàn toàn hòa hợp với môi trường Các loại vật liệu đi từ PLA, polyglycolic axit (PGA), polycaprolacton (PCL) và các sản phẩm đồng trùng hợp của chúng hoàn toàn đáp ứng được những yêu cầu trên và cần được nghiên cứu một cách đầy đủ

- Thứ hai là do nhu cầu sử dụng: PLA và những sản phẩm cùng loại có nhiều tính năng cơ lý ưu việt hơn hẳn các polyme phân hủy sinh học khác, như chúng có độ kết tinh cao, độ bền cơ lý cao, có khả năng tương hợp sinh học tốt Chính vì vậy

mà ngày nay, chúng được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực y-sinh với nhu cầu lớn và rất đa dạng như: vật liệu gắn kết xương, cấy ghép mô, chỉnh dây chằng, nối gân, vật liệu thay thủy tinh thể, vật liệu làm chỉ khâu tự tiêu và vật liệu tạo hệ giải phóng thuốc…

- Thứ ba là xuất phát từ nguồn nguyên liệu tái tạo: Nguyên liệu để tổng hợp PLA là những loại tinh bột như: Sắn, ngô, lúa mì, lúa mạch, củ cải đường vv… thông qua con đường lên men để tạo ra monome axit lactic (LA), từ đó qua phản

ứng trùng hợp tạo ra PLA Quá trình phân hủy PLA tạo ra các sản phẩm thấp phân tử như: LA, CO2 và H2O hoàn toàn hòa hợp với môi trường Như vậy là một quy trình từ thiên nhiên tạo ra sản phẩm và sản phẩm lại quay trở lại thiên nhiên Đó là một quy trình rất có ý nghĩa về mặt khoa học và môi trường

2 Mục tiêu của luận án:

- Nghiên cứu nhằm tạo ra quy trình tổng hợp polylactic axit (PLA) khối lượng phân tử (KLPT) cao, có khả năng phân hủy sinh học đến mức độ phân tử thấp thân thiện với môi trường và khả năng ứng dụng của chúng

- Xác định cấu trúc, đặc trưng tính chất và xây dựng mối quan hệ giữa cấu trúc của PLA và tính chất của chúng

3 Những điểm mới của luận án:

* Lần đầu tiên tại Việt Nam, đã tiến hành tổng hợp polylactic axit trên cơ sở nguyên liệu axit lactic lên men từ tinh bột sắn trong nước

- Qua nghiên cứu đã xác định ảnh hưởng của KLPT trung bình của oligome axit lactic đến khả năng phản ứng đóng vòng để tổng hợp lactit

* Lần đầu tiên tại Việt Nam đã trùng hợp thành công điều chế PLA khối lượng phân tử cao: đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp mở vòng điều chế PLA, sử dụng octoat - thiếc làm chất xúc tác

- Xây dựng mối quan hệ giữa cấu trúc của PLA và tính chất của chúng

* Lần đầu tiên đã nghiên cứu động học quá trình phân hủy thủy phân và phân tích sản phẩm phân hủy của PLA Sự phân hủy của PLA trong môi trường đất, nước và tác động của vi sinh vật đất đến quá trình phân hủy của PLA cũng đã được nghiên cứu và đánh giá kỹ lưỡng

4 Cấu trúc luận án:

Luận án dày 138 trang, bao gồm: Mở đầu (2 tr) Chương 1-Tổng quan (50 tr) Chương 2-Thực nghiệm (17 tr) Chương 3-Kết quả và thảo luận (68 tr) Kết luận (1 tr) Trong luận án có 22 bảng biểu, 74 hình vẽ và đồ thị, 06 công trình nghiên cứu khoa học đã công bố với 204 tài liệu tham khảo và 23 phụ lục

B NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN

Chương 1 trình bày khái quát về:

- Tình hình nghiên cứu và ứng dụng về vật liệu polyme phân hủy sinh học trên thế giới và ở Việt Nam

- Tổng hợp và phân tích các số liệu mới nhất, các thành tựu nổi bật trong nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng về polylactic axit

- Các phương pháp tổng hợp axit lactic, đặc biệt là phương pháp lên men, sinh tổng hợp axit lactic từ tinh bột sắn

- Các phương pháp tổng hợp, phân tích, tinh chế lactit

- Các khái niệm về polyme phân hủy sinh học, phân loại, ứng dụng, cũng như quá trình phân hủy của chúng

- Các phương pháp và cơ chế phản ứng polyme hóa mở vòng các este vòng, các chất xúc tác, chất điều chỉnh mạch, chất xúc tiến phản ứng

- Các phương pháp tổng hợp, tính chất, quá trình phân hủy, các phương pháp gia công và khả năng ứng dụng của polylactic axit

và copolyme của chúng

CHƯƠNG 2 -THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên vật liệu hóa chất

L- axit lactic: sản phẩm lên men từ tinh bột sắn Việt Nam; axit lactic (hãng Shantou Xilong-Trung Quốc) Các hóa chất tinh khiết khác: methanol (hãng Sigma - Đức), p -Xylen (hãng BHD chemicals - Anh), Chloroform (hãng Merck- Đức), 1,2 dicloroethane (hãng Merck- Đức), Ethylaxetate (hãng Sigma-Đức), Ethylene glycol (hãng Aldrich-Đức),

Sb2O3 (hãng BHD chemicals -Anh), Octoat - thiếc (hãng Aldrich - Đức), Laurylancol (hãng Merck- Đức), Triphenylphosphin (hãng Merck- Đức), Polycaprolacton (hãng Merck-Đức), Polyethylenglycol (hãng Merck - Đức) và các loại hóa chất phân tích cần thiết khác…

2.2 Thiết bị sử dụng

- Hệ thống thiết bị thủy tinh tổng hợp PLA, Máy chụp phổ hồng ngoại IR: Bruker- Tensor (Đức), Máy sắc ký khối phổ GC-MS : Agilent Technologies 7890A (Nhật), Máy phân tích phổ cộng hưởng từ : Avance - 500 hãng Bruker - Đức, Máy phân tích nhiệt : DSC Perkin Elmer - Model PyrisSapphire và TGA Perkin Elmer - Model Pyris Diamond TG-DH ( Nhật), Thiết bị trộn kín Haake Rheomix 600 (Đức), Máy đùn trục vít : Industrial Spa (Italia), Thiết bị đo đa năng Housfield (Anh), Máy chụp nhiễu xạ tia X: Bruker D5005 (Đức), Kính hiển vi điện tử quét: Yeol.JSM.6360 (Nhật), Các thiết bị khác: bơm chân không, máy khuấy từ, bình N2, Ar2 và các thiết bị phụ trợ phòng thí nghiệm khác

2.3 Phương pháp tổng hợp, gia công, nghiên cứu phân hủy vật liệu PLA

2.3.1 Tổng hợp axit lactic bằng phương pháp lên men tinh bột sắn

Thí nghiệm trải qua các bước sau:

- Thí nghiệm chuyển hóa tinh bột sắn thành đường glucoza

- Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có những khả năng sinh tổng hợp axit lactic cao

- Nghiên cứu điều kiện sinh tổng hợp axít lactic

- Nghiên cứu thu hồi canxi lactate dịch lên men

- Thu hồi axít lactic từ canxi lactate

2.3.2 Trùng hợp điều chế PLA

Quá trình điều chế tổng hợp PLA trải qua hai giai đoạn

(1) Phản ứng chuyển hóa axit lactic tạo thành sản phẩm lactit (mạch vòng)

(2) Trùng hợp mở vòng lactit để có PLA khối lượng phân tử cao

2.3.3.1 Phản ứng chuyển hóa axit lactic tạo thành lactit mạch vòng

a) Tổng hợp tiền polyme (oligome axit lactic)

*) Giai đoạn tách nước: nhiệt độ 130140 oC, thời gian 3÷4 giờ, áp suất 100 mmHg

*) Trùng hợp tạo ra tiền polyme: axit lactic 100 ml, nhiệt độ 185 oC, áp suất 150 mmHg, thời gian 3÷5 giờ

b) Tổng hợp lactit mạch vòng:

b.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác Sb 2 O 3.

Điều kiện ban đầu: Oligome axit lactic 50 g, nhiệt độ 270 oC, áp suất 100 mmHg, thời gian 10 giờ, tốc độ khí N2 2 dl/s Khảo sát  hàm lượng xúc tác Sb2O3 thay đổi từ 0÷0,3%

b.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của KLPT trung bình của oligome axit lactic

Điều kiện ban đầu: Oligome axit lactic 50 g, xúc tác 0,15%, nhiệt độ 250 oC, áp suất 100 mmHg, thời gian 10 giờ, tốc

độ khí N2 2 dl/s Khảo sát  Oligome axit lactic có KLPT trung bình từ 5002000 g/mol

b.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chuyển hóa đến hiệu suất

Điều kiện: Oligome axit lactic 50 g (loại 647 g/mol), nhiệt độ 250 oC, xúc tác 0,15%, áp suất 100 mmHg, tốc độ khí

N2 2 dl/s Khảo sát  thời gian thay đổi từ 1÷15 giờ

b.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Điều kiện: Oligome axit lactic 50 g (loại 647 g/mol), thời gian 10 giờ, xúc tác 0,15%, áp suất 100 mmHg Khảo sát

 ảnh hưởng của nhiệt độ trong vùng 230÷330 oC

b.5 Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất tạo thành lactit

Điều kiện ban đầu: Oligome axit lactic 50 g (loại 647 g/mol), nhiệt độ 250 oC, thời gian 10 giờ, xúc tác 0,15%, tốc độ khí N2 2 dl/s Khảo sát  ảnh hưởng của áp suất trong vùng 50300 mmHg

2.3.3.2 Trùng hợp mở vòng điều chế PLA khối lượng phân tử cao

a) Ảnh hưởng của nhiệt độ

Điều kiện L-lactit 20 g, xúc tác Sn(Oct)2 4 mg (0,02%), laurylancol 2 mg (0,01%), xúc tiến 1,2 mg (0,006%) thời gian 3 giờ Khảo sát: Nhiệt độ thay đổi từ 160÷210 o C

b) Ảnh hưởng của thời gian

Điều kiện L-lactit 20 g, xúc tác Sn(Oct)2 4 mg (0,02%), laurylancol 2 mg (0,01%), xúc tiến 1,2 mg (0,006%) thời gian 3 giờ Nhiệt độ 170 oC (Từ kết quả phần a) Khảo sát: thời gian thay đổi từ 1,2,3,4,5,6 giờ

c) Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác octoat- thiếc

Điều kiện L-lactit 20 g, laurylancol 2 mg (0,01%), xúc tiến 1,2 mg (0,006%) thời gian 3 giờ, nhiệt độ 170 oC Khảo sát  Hàm lượng xúc tác thay đổi từ 0,0020,06% (0,412 mg)

d) Ảnh hưởng hàm lượng chất điều chỉnh mạch

Điều kiện L-lactit 20 g, xúc tác Sn(Oct)2 4 mg (0,02%), xúc tiến 1,2 mg (0,006%) thời gian 3 giờ, nhiệt độ 170 oC Khảo sát  Hàm lượng laurylancol thay đổi từ 0,0010,025% (≈ 0,2 mg 5 mg)

2.3.3 Các phương pháp phân tích đặc trưng tính chất, cấu trúc và sự phân hủy của vật liệu

2.3.3.1 Xác định khối lượng phân tử của polyme qua phương pháp đo độ nhớt

2.3.3.2 Xác định khối lượng phân tử của polyme bằng phương pháp sắc ký thấm qua gel (GPC)

2.3.3.3 Xác định cấu trúc bằng các phương pháp hóa lý

a)Phương pháp phổ hồng ngoại (IR - Infrared Radiation)

b) Phân tích GC-MS

c) Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

d) Phân tích nhiễu xạ tia X

e) Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope)

f) Phương pháp phân tích nhiệt DSC và TGA

2.3.3.4 Phương pháp xác định tính chất bền cơ của vật liệu

a) Phương pháp đo độ bền kéo đứt

b)Phương pháp đo độ bền nén của vật liệu

c) Phương pháp đo độ bền uốn của vật liệu

d) Phương pháp xác định độ bền va đập

2.3.3.5 Phương pháp xác định độ ổn định và khả năng phân hủy của vật liệu

a) Phương pháp đo độ hấp thụ nước của vật liệu

b) Phương pháp xác định độ tổn hao khối lượng của PLA

2.3.3.6 Phương pháp nghiên cứu sự phân hủy thủy phân in Vitro

a) Chuẩn bị mẫu

b) Sự phân hủy thủy phân của PLA trong in vitro

2.3.3.7 Nghiên cứu tác động của vi sinh vật đối với PLA

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng hợp axit lactic bằng công nghệ lên men

3.1.1 Lên men tổng hợp axit lactic

a) Quá trình dịch hóa tinh bột sắn chuyển hóa thành đường glucoza cao

Các điều kiện tối ưu cho quá trình dịch: Nồng độ enzym termamyl là: 0.1% (so với tinh bột); Thời gian thủy phân: 1015 phút; Nồng độ cơ chất : 2025 %

Kết quả: DE dịch hóa đạt : 11,211,4%

b) Quá trình đường hóa tinh bột sắn:

Nồng độ enzym AMG là : 0,07%; Thời gian đường hóa : 48 giờ

Hiệu suất chuyển hóa tinh bột sắn thành đường glycoza đạt 97,2%

c) Chủng Lactobacillus acidophilus: được lựa chọn để tiến hành lên men tổng hợp axit lactic Hiệu suất chuyển hoá tạo

thành axit lactic đạt 88,29%, hàm lượng đường sót chưa chuyển hóa thấp

d) Các điều kiện sinh tổng hợp axit lactic

Môi trường lên men ở pH=6; Nồng độ đường ban đầu là 110 g/l; Tỷ lệ tiếp giống ban đầu là 79%; Thời gian lên men

48 giờ; Nhiệt độ lên men tại 40 oC, khả năng sinh tổng hợp axit lactic cao nhất (đạt 90,3 g/l) và hiệu suất lên men cũng cao nhất

e) Nghiên cứu thu hồi axit lactic từ dịch lên men theo phương pháp hóa học

Hàm lượng than hoạt tính là 1,5%; pH của dịch thu hồi từ 1011; Nồng độ axit lactic 110 g/l; Nhiệt độ kết tinh 5 oC; Thời gian kết tinh 24 giờ

f) Thu hồi axit lactic từ canxi lactat:

Hàm lượng than hoạt tính: 0,5%; Sử dụng phương pháp pháp trao đổi ion

3.1.2 Phân tích sản phẩm

3.1.2.1 Phân tích axit lactic lên men bằng sắc ký lỏng cao áp HPLC

Kết quả phân tích sản phẩm L-lactit axit lên men và so sánh với mẫu chuẩn L- axit lactit trên thiết bị HPLC cho thấy kết quả là khá tương đồng

L-lactic axit lên men

Hình 3.2 Phổ HPLC của L- axit lactit lên men Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của L- axit lactic

Từ kết quả này có thể khẳng định sản phẩm axit lactic lên men chủ yếu là L- axit lactic (hình 3.2)

3.1.2.2 Phổ hồng ngoại của axit lactic

Phổ hồng ngoại của L- axit lactic (hình 3.3) cho các đỉnh hấp thụ đặc trưng nhóm liên kết OH tại 3449.38 cm-1 Đỉnh hấp thụ tại 1641.21737.85 cm-1đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm C=O, tại 1376.681456.98 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm -CH3, các đỉnh hấp thụ tại 1129.211044.35 cm-1 đặc trưng dao động hóa trị nhóm C-O và tại 743.9 cm-1 đặc trưng cho nhóm liên kết -CH

3.1.2.3 Phổ cộng hưởng từ 1 H- NMR và 13 C-NMR của axit lactic

Trên phổ cộng hưởng từ 1H -NMR của L- axit lactic (hình 3.4) và phổ cộng hưởng từ 13C-NMR của L- axit lactic (hình 3.5) cho các nhóm đỉnh đặc trưng của các nhóm liên kết -CH3, nhóm liên kết-CH, nhóm liên kết C = O và nhóm liên kết -OH

Hình 3.4 Phổ cộng hưởng

từ 1 H - NMR của L- axit lactic

Hình 3.5 Phổ cộng hưởng từ 13 C - NMR của L- axit lactic

3.2 Nghiên cứu xác định các điều kiện tổng hợp lactit mạch vòng

3.2.1 Các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình tách loại nước để làm khan axit lactic

Kết quả quá trình loại nước:

3.2.3 Phản ứng tổng hợp lactit

a) Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác Sb 2 O 3 đến hiệu suất tạo thành lactit

Hiệu suất phản ứng tổng hợp lactit đạt giá trị cao nhất là 55,7% ứng với hàm lượng chất xúc tác là 0,15%

b) Ảnh hưởng của khối lượng phân tử trung bình của oligome axit lactic đến hiệu suất tạo thành lactit

Hiệu suất tổng hợp lactit đạt giá trị cao nhất là 56% ứng với khoảng KLPT trung bình của oligome axit lactic trong khoảng từ 608750 g/mol tương ứng số đơn vị mắt xích của lactic có trong mạch từ 8 đến 10 đơn vị (hình 3.9)

Hình 3.9 Ảnh hưởng KLPT trung bình của lactic oligome đến hiệu suất tạo thành lactit

Hình 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất tạo thành lactit

c) Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tạo thành lactit mạch vòng

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hình thành lactit

STT Thời gian[h] Lượng lactit thu được [gam] Hiệu suất [%]

3 7 20,6 40,12

Thời gian cần thiết phù hợp cho phản ứng khử trùng hợp tạo thành lactit là 10 giờ (bảng 3.6)

d) Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất tổng hợp lactit (hình 3.10)

Hiệu suất phản ứng khử trùng hợp oligome axit lactic để tạo thành lactit mạch vòng đạt giá trị cao nhất ứng với nhiệt

độ tại 250 oC

e) Ảnh hưởng của áp suất tới hiệu suất tạo thành lactit

Phản ứng khử trùng hợp lactic oligome để tổng hợp lactit cần được thực hiện trong khoảng áp suất từ 100150 mmHg là phù hợp nhất

f) Các thông số được lựa chọn để tổng hợp lactit

Bảng 3.8 Các điều kiện được lựa chọn để tổng hợp lactit

Giai đoạn oligome hóa

4 Áp suất tách nước [mmHg] 100

Giai đoạn thực hiện phản ứng khử trùng hợp để tạo lactit

Kết quả lặp lại với 3 mẫu thí nghiệm cho kết quả là:

- Hiệu suất chuyển hoá  56%

- Dạng sản phẩm: tinh thể hình kim, màu trắng

- Khối lượng riêng: 1,121,15 g/cm3

- Nhiệt nóng chảy: 9496 oC

3.2.4 Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và tính chất của sản phẩm lactit

3.2.4.1 Xác định thành phần của sản phẩm lactit