Độ bền nhiệt của polyacrylamit được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), nhiệt vi sai (DTA) và nhiệt vi sai quét (DSC).
- Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và nhiệt vi sai (DTA):
Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng và phân tích nhiệt vi sai (DTA) của polyacrylamit được trình bày trên hình 3.5, số liệu phân hủy nhiệt TGA và DTA được thể hiện trong bảng 3.12 và bảng 3.13.
Hình 3.5. Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng TGA và phân tích nhiệt vi sai DTA của polyacrylamit
Bảng 3.12. Dữ liệu phân tích nhiệt TGA của polyacrylamit Mẫu Giai đoạn phân huỷ Khoảng nhiệt độ Tmax Tổn hao trọng lượng (%) Khối lượng còn lại ở 6000C (%) PAM 1 2 3 4 Tp – 179 179-247 247-333 333-446 207 287 395 2,962 9,308 25,567 50,439 10,797 Nhận xét:
Quá trình phân hủy nhiệt của polyacrylamit được chia thành 4 giai đoạn khác nhau. Tại vùng nhiệt độ Tp - 179oC là quá trình bay hơi nước và các tạp chất dễ bay hơi và khối lượng mất là 2,962%.
Ba giai đoạn tiếp theo vùng nhiệt độ từ 179 - 247oC với tổn hao khối lượng 9,3% và từ 247-333oC với tổn hao khối lượng là 25,6%, và vùng nhiệt độ từ 333- 446oC với tổn hao khối lượng 50,4%, giai đoạn này polyacrylamit bắt đầu trải qua những thay đổi bất thuận nghịch về mặt hóa học do phân hủy nhiệt. Các quá trình này diễn ra ngay sau nhiệt độ chảy mềm. Ở giai đoạn này, các hợp chất dễ bay hơi được giải phóng như: H2O, NH3 và một lượng nhỏ CO2 cùng với quá trình đứt mạch.
Tại nhiệt độ 600oC, mẫu không bị phân hủy còn lại 10,8%.
Bảng 3.13. Dữ liệu phân tích nhiệt vi sai DTA của polyacrylic
Mẫu Các pic nhiệt độ (oC)
PAA 289,22↓ 381,11↓ 413,12↓ 574,52↑
Dữ liệu phân tích DTA cho thấy, có 3 pic thu nhiệt và 1 pic tỏa nhiệt. Quan sát các đường cong TGA và DTA của polyacrylamit cho thấy tại mỗi pic tỏa nhiệt trên DTA ứng với mỗi giai đoạn phân hủy khác nhau trên đường cong TGA của polyacrylamit.
KẾT LUẬN
Sau thời gian nghiên cứu và tham khảo các tài liệu chuyên ngành, các phương pháp thực nghiệm hiện đại và được sự hướng dẫn tận tình của các thầy, cô khóa luận tốt nghiệp với tiêu đề: “Sử dụng phần mềm MODDE 5.0
để tìm điều kiện tối ưu cho phản ứng trùng hợp acrylamit ” đã được hoàn
thành. Một số kết quả chính của khóa luận đã thực hiện được như sau:
1. Đã sử dụng phần mềm MODDE 5.0 để tìm điều kiện tối ưu cho phản ứng trùng hợp acrylamit. Đã tìm được phương trình hồi quy phản ánh độ chuyển hóa phụ thuộc vào các yếu tố.
- Phương trình hồi quy:
YAM = 88,29 + 4,86T + 12,41tg + 13,39Ci + 5,84Cm – 6,32tg2 – 8,22Ci2 – 2,4T.Ci -2,42T.Cm
- Các điều kiện phản ứng để quá trình trùng hợp acrylamit đạt 99,9% là: - Nhiệt độ phản ứng: 71-72oC
- Thời gian phản ứng: 108-110 phút - Hàm lượng chất khơi mào: 1,08% - Nồng độ monome: 0,77M - Tại pH dung dịch phản ứng: 6,2
2. Từ các điều kiện phản ứng thu được đã nghiên cứu làm rõ sự ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến quá trình trùng hợp khi thay đổi các yếu tố riêng lẻ trong khi các yếu tố khác được cố định. Qua thực nghiệm cho thấy các giá trị thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với mô hình hóa thực nghiệm và phương trình hồi quy đã tìm được bởi MODDE 5.0.
3. Đã nghiên cứu đặc tính của polyacrylamit bằng phương pháp vật lý hiện đại như phổ hồng ngoại IR, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR, 1H- NMR, phân tích nhiệt TGA, DTA.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tiếng Việt
[1]. Bùi Thế Tâm, Trần Vũ Thiệu, Các phương pháp tối ưu hóa, Nhà xuất bản giao thông vận tải (1998).
[2]. Lê Đức Ngọc, Xử lý số liệu và kế hoạch hóa thực nghiệm, Đại học Quốc gia Hà Nội (1997).
2.Tiếng Anh
[3]. Alfrey, T. ; Bohrer, J. J. ; Mark, H. (1952), Copolymerization: High polymer. Vol.8, Interscience.
[4]. Behari, K., Gupta, K. C. Verma, M.; Vysokomol Soyed; A28, 1781 (1986).
[5]. Bunn, D., Trans. Farad. Soc., 42, 190 (1946).
[6]. Chapin E. C, G. E. Ham and C. L. Mills, J. Polymer Sci., 4, 597 (1949).
[7]. Chapiro, A., Perec-Spritzer, L., Eur. Polym. J., 11, 59 (1975).
[8]. E. Collinson, F. S. Dainton, and G. S. McNaughton (1957), “The polymerization of acrylamide in aqueous solution. Part 1. The x- and - ray initiated reaction”, Trans. Fans. Faraday. Soc. 53, 476.
[9]. E. Collinson, F. S. Dainton, and G. S. McNaughton (1957), “The polymerization of acrylamide in aqueous solution. Part 2. The effect of ferric perchlorate on the x- and -ray initiated reaction”, Trans. Fans. Faraday. Soc. 53, p. 489.
[10]. D. J. Currie, F. S. Dainton and W. S. Watt (1965), “The Effect of pH on the Polymerization of Acrylamide in Water”, J. Polymer Sci., 6, p. 451-453.
[11]. F. S. Dainton and M. Tordoff (1957), “The polymerization of acrylamide in aqueous solution. Part 3. The hydrogen peroxide photosensitized reaction ats 25oC”, Trans. Faraday. Soc., 53, 499. [12]. F. S. Dainton and M. Tordoff (1957), “The polymerization of
acrylamide in aqueous solution. Part 4. The ferric ion photosensitized reaction ats 25oC and the burial-emergence cycle”, Trans. Faraday. Soc., 53, 666.
[13]. Braun, Dietrich., Harald Cherdron, and Werner Kern (1971),
Techniques of Polymer Synthesis and Characterization, Wiley - Interscience, New York.
[14]. George, M. H., Ghosh, A., J. Polym. Sci. Chem., 16, 981 (1978). [15]. Ghosh, A., George, M. H.; Polymer, 19, 1057 (1978).
[16]. Gromov, V. F., Matveyeva, A. V., Khomikovskii, P. M., Abkin, A. D., Vysokomol. Soyed., A9, 1444 (1967).
[17]. Henley E. J. and R. S. Bell. US Pat. 2,983,717 (1961).
[18], [19]. D. Hunkeler (1991), “Mechanism and kinetics of the perulfate- initiated polymerization of acrylamide”, Macromolecules, 24(9), p. 2160-2171.
[20]. A. D. Jenkins (1958), “The mechanism of initation in vinyl polymerization”, J. Polym. Sci., 29, p. 245.
[21]. Misra, G. S. Robello J. J., Makromol. Chem. 175, 3117 (1974).
[22]. Odian G. Principles of polymerization; Wiley, New York, Chapter 3, 1991.
[23]. Pantar, A. V., Eur. Polymer. J., 22, 939 (1986).
[24]. J. P. Riggs abd F. Rodriguez (1967), “Persulfate-initiated polymeiation of acrylamide”, J. Polym. Sci., A1. 5, 3152.
[26]. Schulz, R., G. Renner, A. Henglein, and W. Kern, Makromol. Chem. 12, 20 (1945).
[27]. Tishic and A. E. Hamielec. J. Polymer Sci., Vol. 17, 1479-1506 (1973). [28]. Trubitsyna, S. N, Ismailov, I., Askorov, M. A., Vysokomol. Soedin.,
A20, 2608 (1978).
[29]. Trubitsyna, S. N, Margaritova, M. F., Medvedev, S. S., Vysokomol. Soyed., 7, 2160 (1965).
[30]. Trubitsyna, S.N, Ismailov, I., Askorov, M. A., Vysokomol. Soedin., A20, 1624 (1978).
[31]. Ureta E. and M. Salona, Rer. Soc. Quim Mex 10, 153 (1966).
[32]. Zhao, X. S. Zhu, A. E. Hamielec and R. H. Pelton. Macromol. Symp. 92, 253 (1995).
[33]. F. Candau and Y. S. Leong, and R. M. Fitch (1985), Kinetic study of the polymerization of acrylamide in inverse Microemusion, 23, 193-214. [34]. Dimonie M.V., C.M. Boghina, N.N. Marinescu., M.M. Marinescu, C.I
Cincu and C.G. Oprescu, Eur.Polym.J., Vol.18, pp 639-645, 1982. [35]. Caudau F., Y. Singleong, J. Polym.Sci., 23, 193-214, 1994.
[36]. Inchausti R., E. Hernaez, P.M. Sasia, I.Katime, Makromol. Chem. Phys., 202, 1837-1843, 2001.
[37]. Umetrics' book (2003), Design of Experiments: Principles and Applications.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN... 1
LỜI CAM ĐOAN... 2
MỞ ĐẦU... 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN... 5
1.1. Lý thuyết trùng hợp...5
1.1.1. Phản ứng trùng hợp... 5
1.1.2. Một số yếu tố ảnh hưởng chủ yếu lên quá trình trùng hợp gốc ... 8
1.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ...8
1.1.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào...8
1.1.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ monome...8
1.1.2.4. Ảnh hưởng của áp suất...9
1.1.3. Các phương pháp tiến hành phản ứng trùng hợp... 9
1.1.3.1. Trùng hợp khối ...9
1.1.3.2. Trùng hợp dung dịch ...9
1.1.3.3. Trùng hợp huyền phù...10
1.1.3.4. Trùng hợp nhũ tương...11
1.2. Trùng hợp trên cơ sở acylamit ...11
1.2.1. Giới thiệu chung về acrylamit... 11
1.2.2. Trùng hợp acrylamit... 13
1.3. Mô hình hóa thực nghiệm ...22
1.3.1 Mô hình hóa thực nghiệm đa nhân tố ... 23
1.3.2.Mô hình hóa thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao ... 24
1.4. Sử dụng phần mềm MODDE 5.0 để giải bài toán quy hoạch hóa thực nghiệm...26
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM... 28
2.1. Nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ ...28
2.1.1. Nguyên liệu, hoá chất... 28
2.1.2. Dụng cụ... 28
2.1.3. Phần mềm máy tính... 29
2.2. Các phương pháp phân tích ...29
2.2.1 Xác định độ chuyển hóa bằng phương pháp chuẩn độ nối đôi... 29
2.2.2 Xác định trọng lượng phân tử polyme bằng phương pháp đo độ nhớt... 32
2.2.3. Phổ hồng ngoại... 34
2.2.4. Phân tích nhiệt TGA... 34
2.2.5. Phân tích nhiệt vi sai DTA... 35
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN... 36
3.1. Tìm điều kiện tối ưu của quá trình trùng hợp acrylamit...36
3.1.1. Kết quả thực nghiệm theo ma trận thực nghiệm... 36
3.1.2. Kiểm tra tính phù hợp của phương trình hồi quy... 37
3.1.3. Hệ số hồi quy trong phương trình thực nghiệm... 38
3.1.4. Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình trùng hợp acrylamit... 39
3.2. Đồ thị minh họa ...40
3.2.1. Đồ thị minh họa sự phụ thuộc của mặt mục tiêu y vào các nhân tố... 40
3.2.2. Đồ thị minh họa đường đồng mức... 41
3.3. Ảnh hưởng của các yếu tố đến phản ứng trùng hợp acrylamit ...42
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng đến quá trình trùng hợp42 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào đến quá trình trùng hợp... 44
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ monome đến quá trình trùng hợp... 45
3.4. Phân tích các tính chất của polyacrylamit...47
3.4.1. Phân tích phổ hồng ngoại... 47
3.4.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR... 47
3.4.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR... 48
3.4.4. Phân tích nhiệt... 49
KẾT LUẬN... 51