. Cụng nghệ chế tạo bao gúi MAP
3.2.1.Nghiờn cứu quỏ trỡnh tổng hợp PVAc bằng phương phỏp trựng hợp nhũ tương
3.2.1. Nghiờn cứu quỏ trỡnh tổng hợp PVAc bằng phương phỏp trựng hợp nhũ tương nhũ tương
3.2.1.1. Lựa chọn chất nhũ húa
Để nghiờn cứu lựa chọn chất nhũ húa, phản ứng được tiến hành ở điều kiện:
nồng độ monome 30%, nồng độ chất khơi mào 0,5% (so với monome), hàm lượng chất nhũ húa 1%, hàm lượng chất ổn định nhũ 0,25% (so với monome), hàm lượng chất chuyển mạch 0,5%, nhiệt độ 650C, thời gian 150 phỳt với cỏc chất nhũ hoỏ khỏc nhau. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Kết quả lựa chọn chất nhũ húa
Chất nhũ húa
HLB Khả năng tạo
nhũ
Khoảng tỏch pha sau 10 ngày (ml) Emulgen 220 14,2 Tạo nhũ tốt 1,2 Span 80 4,3 Khụng tạo nhũ - Tween 65 10,5 Tạo nhũ kộm 2,5 Emulgen 104P 9,5 Tạo nhũ kộm 3,1 Span 40 6,7 Khụng tạo nhũ -
Kết quả ở bảng 3.3 cho thấy đối với chất nhũ húa Emulgen 220, khả năng
tạo nhũ dễ dàng, sản phẩm là nhũ tương thuận dầu trong nước. Đối với Span 80 và Span 40, khụng tạo được nhũ. Như vậy, Emulgen 220 là chất nhũ húa
phự hợp với mục đớch nghiờn cứu. Cú thể giải thớch kết quả này là do Emulgen 220 cú hệ số cõn bằng dầu nước HLB = 14,2 tức là ỏi lực với pha nước lớn hơn, nờn khả năng tạo nhũ và phõn tỏn hạt nhũ trong pha nước tốt, làm giảm diện tớch bề mặt phõn cỏch pha, do đú năng lượng bề mặt phõn cỏch pha cũng giảm. Về mặt cấu tạo, Emulgen 220 cú phần ưa nước rất dài (CH2CH2O)10
nờn số phõn tử ở dạng mixen lớn, nú là chất nhũ hoỏ tốt. Hệ nhũ tương ở trạng thỏi năng lượng thấp nờn về mặt nhiệt động nú bền hơn cỏc chất nhũ húa cũn lại. Đối với Span 80 (HLB = 4,3) và Span 40 (HLB = 6,7), ỏi lực đối với pha dầu lớn hơn pha nước nờn khả năng phõn tỏn dầu trong nước rất kộm, với Tween 65 (HLB = 10,5) và Emulgen 104P (HLB = 9,5) cú ỏi lực với pha nước nhỏ hơn so với Emulgen 220, vỡ vậy, khả năng phõn tỏn cỏc hạt nhũ trong pha nước kộm hơn và độ bền nhũ kộm hơn.
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ húa tới độ bền nhũ, phản ứng được tiến hành ở điều kiện: nồng độ monome 30%, hàm lượng chất khơi mào 0,5%, hàm lượng chất ổn định nhũ là 0,25%, hàm lượng chất chuyển mạch 0,5%, nhiệt độ 650C, thời gian 150 phỳt, với hàm lượng chất nhũ húa Emulgen 220 thay đổi. Kết quả được thu được thể hiện trong bảng
3.4.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất nhũ húa tới độ bền nhũ
Hàm lượng chất nhũ húa
(%)
Khoảng phõn tỏch pha (ml) sau:
5 ngày 10 ngày 20 ngày 30 ngày 40 ngày
0,5 1,5 2,7 4,0 8,4 15,1
1 0,9 1,2 1,7 3,7 10,9
1,5 1,0 1,4 1,6 3,6 11,0
Kết quả ở bảng 3.4 cho thấy với hàm lượng chất nhũ húa 0,5%, nhũ tương tỏch pha nhanh nhất. Cỏc mẫu cũn lại cú độ bền nhũ gần tương đương nhau, nhũ tương cú xu hướng bền hơn khi tăng hàm lượng chất nhũ húa. Cú thể giải thớch điều này là do tỏc dụng liờn kết 2 pha khụng tan vào nhau của chất nhũ húa, ở một hàm lượng giới hạn nào đú, độ bền nhũ sẽ đạt cực đại. Nếu tiếp tục tăng hàm lượng chất nhũ húa, độ bền nhũ thay đổi khụng đỏng kể. Chất nhũ hoỏ Emulgen 220 với hàm lượng 1% được sử dụng để khảo sỏt ảnh hưởng của cỏc điều kiện phản ứng tới quỏ trỡnh trựng hợp.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian
Phản ứng trựng hợp được tiến hành ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau trong những khoảng thời gian khỏc nhau với cỏc điều kiện: nồng độ monome 30%, nồng độ chất khơi mào 0,5%, hàm lượng chất tạo nhũ Emulgen 220 1%, hàm lượng chất ổn định nhũ 0,25% và hàm lượng chất chuyển mạch 0,5%. Kết quả thể hiện trờn hỡnh 3.4.
Hỡnh 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới quỏ trỡnh trựng hợp
Kết quả trờn hỡnh 3.4 cho thấy khi nhiệt độ tăng thỡ độ chuyển hoỏ của monome tăng nhanh ở giai đoạn đầu sau đú tăng chậm dần cho đến giỏ trị khụng đổi. Điều này là do khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ tất cả cỏc phản ứng hoỏ học kể cả phản ứng cơ sở trong quỏ trỡnh trựng hợp. Việc
tăng tốc độ phản ứng dẫn đến hỡnh thành cỏc trung tõm hoạt động và tốc độ phỏt triển mạch làm tăng tốc độ chuyển hoỏ của monome thành
polyme. Ở nhiệt độ dưới 650C, tốc độ chuyển hoỏ chậm. Khi nhiệt độ lớn hơn 650C, tốc độ chuyển hoỏ tăng nhanh và gần như chuyển hoỏ hoàn toàn sau 150 phỳt.
Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến trọng lượng phõn tử trung bỡnh (TLPTTB) và độ bền nhũ tương thu được trong bảng 3.5. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến KLPT và độ bền nhũ
Nhiệt độ (0C)
TLPT.10-4
(g/mol)
Khoảng phõn tỏch pha (ml) sau 20 ngày
60 6,2 2,2
65 5,8 1,7
70 4,4 2,0
75 4,1 3,6
Kết quả ở bảng 3.5 cho thấy khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng và phụ thuộc vào hiệu ứng nhiệt. Nhiệt độ tăng làm tăng vận tốc tất cả cỏc phản ứng hoỏ học kể cả cỏc phản ứng cơ sở trong quỏ trỡnh trựng hợp. Việc tăng vận tốc quỏ trỡnh làm hỡnh thành cỏc trung tõm hoạt động và vận tốc phỏt triển mạch lớn, do đú, làm tăng quỏ trỡnh chuyển hoỏ monome thành polyme và đồng thời cũng làm tăng vận tốc của phản ứng đứt mạch dẫn đến làm giảm TLPTTB của polyme.
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào phản ứng được tiến hành với nồng độ monome 30%, chất nhũ húa 1%, chất ổn định nhũ 0,25% hàm lượng chất chuyển mạch 0,5%, nhiệt độ 650C, thời gian phản ứng 150 phỳt. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.6.
Nồng độ chất khơi mào (%) Độ chuyển húa (%) TLPT.10-4 (g/mol) 0,25 94,36 7,3 0,5 99,32 5,8 1 99,54 4,9 1,5 99,65 4,2
Kết quả ở bảng 3.6 cho thấy nồng độ chất khơi mào cú ảnh hưởng lớn đến độ chuyển hoỏ. Hàm lượng chất khơi mào tăng dẫn đến số mạch đang phỏt triển tăng, tốc độ chuyển mạch tăng dẫn đến độ chuyển hoỏ tăng, bờn cạnh đú chiều dài mạch giảm khiến khối lượng phõn tử trung bỡnh giảm. Tuy nhiờn, độ chuyển hoỏ chỉ tăng khi nồng độ chất khơi mào tăng đến một giỏ trị nhất định. Nếu tiếp tục tăng nồng độ chất khơi mào thỡ độ chuyển húa khụng tăng.
3.2.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ monome
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của nồng độ monome, phản ứng được tiến hành với nồng độ chất khơi mào 0,5%, hàm lượng chất nhũ hoỏ 1%, chất ổn định nhũ 0,25% hàm lượng chất chuyển mạch 0,5%, nhiệt độ 650C, thời gian phản ứng 150 phỳt. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ monome
Nồng monome (%) độ Độ chuyển húa (%) TLPT. 10-4 (g/mol)
Khoảng tỏch pha sau 20 ngày (ml)
15 95,50 3,4 1,5
20 97,60 5,6 1,7
30 99,32 5,8 1,7
40 99,54 6,3 2,6
Kết quả ở bảng 3.7 cho thấy khi tăng nồng độ monome, độ chuyển hoỏ và TLPT tăng do tăng tốc độ trựng hợp. Tuy nhiờn, khi nồng độ monome
(tỷ lệ pha phõn tỏn/pha liờn tục) vượt quỏ một giỏ trị nhất định thỡ độ bền của nhũ giảm do hiện tượng đụng tụ.
3.2.1.5. Ảnh hưởng của chất chuyển mạch
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của chất chuyển mạch, phản ứng được tiến hành với nồng độ monome 30%, hàm lượng chất nhũ húa 1%, chất ổn định nhũ 0,25%, nồng độ chất khơi mào 0,5%, nhiệt độ 650C, thời gian phản ứng 150 phỳt. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.8.
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của chất chuyển mạch tới TLPT của sản phẩm
Nồng độ isopropyl ancol (%) TLPT. 10-4 (đvC) 0 7,3 0,5 5,8 1 1,9 1,5 0,8
Kết quả ở bảng 3.8 cho thấy khi cú mặt chất chuyển mạch, TLPT của sản phẩm giảm do hiện tượng chuyển mạch lờn hợp chất thấp phõn tử. Tăng hàm lượng chất chuyển mạch sẽ làm giảm TLPT sản phẩm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ cỏc kết quả trờn cú nhận xột, cơ chế phản ứng trựng hợp nhũ tương VAc với chất khơi mào APS, chất nhũ húa Emulgel 220 và chất chuyển mạch isoprophanol phự hợp với cơ chế trựng hợp nhũ tương, thể hiện trờn hỡnh 3.5:
Hỡnh 3.5. Cơ chế giả thiết phản ứng trựng hợp nhũ tương VAc với chất khơi mào
APS và chất nhũ húa Emulgel 220
Cơ chế của phản ứng trựng hợp nhũ tương gốc tự do theo cỏc bước sau đõy [114]:
• Monome được phõn tỏn hoặc nhũ hoỏ trong dung dịch chất HĐBM và nước tạo thành cỏc giọt monome tương đối lớn trong nước.
• Chất HĐBM dư tạo cỏc mixen trong nước.
• Một lượng nhỏ monome khuếch tỏn qua nước đến cỏc mixen.
• Chất khơi mào tan trong nước được đưa vào pha nước nơi nú phản ứng với monome trong mixen.
• Tổng diện tớch bề mặt của mixen lớn hơn nhiều so với tổng diện tớch bề mặt của cỏc giọt monome lớn hơn nhưng ớt hơn, do đú chất khơi mào thường phản ứng trong mixen mà khụng phản ứng trong giọt monome.
• Monome trong mixen trựng hợp một cỏch nhanh chúng và ngắt mạch đang phỏt triển. Tại thời điểm này mixen trương monome chuyển thành hạt polyme.
• Monome từ giọt khuếch tỏn vào hạt ngày càng nhiều, nơi cú chất khơi mào sẽ xảy ra phản ứng.
• Cuối cựng những giọt monome tự do biến mất và tất cả cỏc monome cũn lại nằm trong cỏc hạt.
• Tựy thuộc vào sản phẩm và monome cụ thể, việc bổ sung monome và chất khơi mào cú thể liờn tục hoặc dần dần để duy trỡ mức độ của chỳng trong hệ khi hạt phỏt triển.
• Sản phẩm cuối là sự phõn tỏn của cỏc hạt polyme trong nước. Nú cũng cú thể được gọi là keo polyme, latex, hoặc chớnh xỏc là một "nhũ tương".