4. Phương pháp nghiên cứu
2.3.Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của màng
2.3.1. Phư ng pháp xác định độ bền kéo đứt
Độ bền kéo đứt của màng được xác định trên máy AGS-J 10kN của Đài Loan theo tiêu chuẩn TCVN 4509 - 88
Độ bền kéo đứt được tính theo công thức: Sđ = h . B
F Trong đó
Sđ độ bền kéo đứt (MPa) hay N/mm2 F : lực kéo đứt mẫu (N)
B : bề rộng mẫu (chỗ nhỏ nhất) trước khi kéo (mm) h : chiều dày mẫu (chỗ nhỏ nhất) trước khi kéo (mm)
2.3.2. Xác định độ dãn dài khi đứt
Độ dãn dài khi đứt được tính theo công thức: % 100 . 0 0 1 l l l Trong đó
độ dãn dài tương đối khi đứt (%)
l0 độ dài giữa 2 điểm được đánh dấu lên mẫu trước khi kéo (mm) l1: chiều dài giữa 2 điểm đánh dấu trên mẫu ngay khi đứt (mm)
2.3.3. Phư ng pháp đo chỉ số xé
Độ bền chịu xé được đo trên máy Elmendorf theo tiêu chuẩn TCVN 3229-79.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 30 K36B – Hoá học
Chỉ số xé (X) được tính theo công thức:
) / . ( 2 g m mN g F X Trong đó: độ bền chịu xé, (mN)
g định lượng của mẫu thử, (g/m2 )
2.4. Các phương pháp phân tích cấu trúc
2.4.1. Phư ng pháp phổ hấp thụ h ng ngoại IR
Phổ hồng ngoại I được đo trong vùng 400 - 4000cm-1trên thiết bị Bruker-Equinox 55 của CHLB Đức, tại phòng Phân tích hóa lý, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.4.2. Phư ng pháp kính hiển i điện tử q ét SEM
Cấu trúc hình thái của vật liệu được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), trên thiết bị FESEM S-4800 của hãng Hitachi tại phòng thí nghiệm trọng điểm, và trên thiết bị JSM-6490 (JEOL-Nhật Bản) tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu, Viện KH Vật liệu.
Mẫu nghiên cứu được ngâm vào nitơ lỏng, cắt lấy kích thước thích hợp. Mẫu tạo thành được gắn lên đế, bề mặt gẫy được phủ một lớp platin mỏng bằng phương pháp bốc bay trong chân không. Ảnh SEM bề mặt gãy thể hiện cấu trúc và độ tương hợp giữa các pha trong mẫu đo.
2.4.3.Phư ng pháp phân tích nhiệt trọng ượng (TGA)
Phương pháp TGA được sử dụng để nghiên cứu sự thay đổi khối lượng của mẫu trong quá trình gia nhiệt như quá trình phân huỷ, dehydrat hoá, oxi hoá, khử… Phương pháp này cho biết các thông tin về nhiệt độ bắt đầu và kết túc quá trình phân hủy, tốc độ phân hủy và phần trăm tổn hao khối lượng của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 31 K36B – Hoá học
- Môi trường: khí trơ
- Tốc độ tăng nhiệt độ: 100C phút
- Khoảng nhiệt độ nghiên cứu: từ 0 đến 6000C
2.4.4. Xác định chỉ số cacbonyl (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chỉ số cacbonyl thường dùng để đo mức độ oxy hóa đã xảy ra. Được xác định là tỉ lệ giữa độ hấp thụ của dải sóng ghi lại được so với dải sóng không thay đổi trong quá trình phân hủy, ch ng hạn bước sóng 2 20 cm-1
ứng với dao động kéo đối xứng của liên kết C-H trong nhóm CH2 trong phổ hồng ngoại.
Chỉ số cacbonyl (CI) được tính theo công thức: CI = ấ ụở
ộ ấ ụở Trong đó, pic ở 1715cm1
đặc trưng cho sự hấp thụ bởi nhóm cacbonyl, còn pic ở 2820cm1
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 32 K36B – Hoá học
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp sắt stearat
3.1.1. Phổ h ng ngoại
Hình 3.1.Phổ hồng ngoại của sắt stearat
Hình 3.1 cho thấy phổ hồng ngoại của FeSt3 trong dải phổ từ 400 ÷ 4000cm-1. Các pic trong dải 500 - 1400cm-1 thể hiện của nhóm CH3. Trong miền 1300 ÷ 1600cm-1 xuất hiện ba pic có cường độ mạnh tại 1578cm-1, 1463cm-1 và 1301cm-1. Pic tại 1578cm-1 đặc trưng cho liên kết biến dạng của nhóm -COO bất đối xứng và pic tại 1463cm-1
đặc trưng cho liên kết của nhóm -CH2. Pic tại 1301cm-1 có thể là đặc trưng liên kết trong nhóm -CH2 hoặc liên kết biến dạng trong nhóm -COO. Trong phổ hồng ngoại, các liên kết hóa trị của nhóm -COO được quan sát thấy tại 888cm-1. Sự phân bố này hoàn toàn phù hợp với phổ của sắt stearat như ở tài liệu [10 . Trên ảnh chụp phổ hồng ngoại của mẫu sắt stearat đã tổng hợp không thấy có sự xuất hiện pic trong
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 33 K36B – Hoá học
dải 3000 ÷ 3500cm-1 nhưng xuất hiện pic 1705cm-1, đây là các dải hấp thụ đặc trưng của axit stearic đối xứng. Điều này chỉ ra rằng các nhóm axit cacboxylic có mặt trong sản phẩm cuối cùng.
3.1.2.Ảnh hưởng của n ng độ NaOH
Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất, thực hiện phản ứng tổng hợp FeSt3 trong 8 giờ, tỷ lệ mol axit stearic NaOH được giữ không đổi 0,9. Nồng độ dung dịch NaOH thay đổi từ 30 – 70%. Kết quả được trình bày trong bảng 3.1
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất tổng hợp FeSt3
Nồng độ dung dịch NaOH (%) Hiệu suất của quá trình (%)
30 55
40 60
50 69
60 85
70 73
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất tổng hợp FeSt3
0 20 40 60 80 100 20 30 40 50 60 70 80 H iệu s uất ( ) Nồng độ dung dịch NaOH (%)
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 34 K36B – Hoá học
Qua bảng số liệu 3.1 và hình 3.2 cho thấy nồng độ dung dịch NaOH sử dụng có ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tổng hợp. Khi dùng dung dịch NaOH với nồng độ loãng (<60 ) thì hiệu suất của quá trình chỉ đạt dưới 70 . Tăng nồng độ dung dịch NaOH thì hiệu suất của quá trình cũng tăng và đạt lớn nhất khi nồng độ NaOH sử dụng là 60 . Tuy nhiên, khi nồng độ này tiếp tục tăng thì hiệu suất của quá trình có chiều hướng giảm xuống. Điều này là do nồng độ dung dịch NaOH sử dụng có ảnh hưởng trực tiếp đến độ đặc của hỗn hợp ở bước phản ứng ban đầu (phản ứng xà phòng hóa). Khi dùng hỗn hợp quá đặc hay quá loãng thì hiệu suất phản ứng sẽ kém. Nồng độ NaOH thích hợp để thực hiện phản ứng xà phòng hóa là 60%. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol axit stearic/NaOH
Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol axit stearic/NaOH đến hiệu suất, thực hiện phản ứng tổng hợp FeSt3 trong 8 giờ, nồng độ dung dịch NaOH 60%. Tỷ lệ mol axit stearic NaOH thay đổi từ 0,7 – 1,2. Kết quả được trình bày trong bảng 3.2
Bảng 3.2.Ảnh hưởng của tỷ lệ molaxit stearic/NaOH đến hiệu suất tổng hợp FeSt3
Tỷ lệ mol
axit stearic/NaOH Hiệu suất (%)
0,7 65
0,8 70
0,9 85
1 77
1,2 63
Từ các kết quả ở bảng 3.2 cho thấy tỷ lệ của các chất tham gia phản ứng ở giai đoạn 1 (phản ứng xà phòng hóa) có ảnh hưởng đến hiệu suất của cả quá
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 35 K36B – Hoá học
trình tổng hợp. Nguyên nhân là do, tỷ lệ NaOH axit stearic có liên quan đến độ pH của dung dịch sau khi kết thúc giai đoạn 1 làm ảnh hưởng đến mức độ tạo sản phẩm kết tủa ở giai đoạn 2 (phản ứng trao đổi ion). Để phản ứng trao đổi ion đạt hiệu suất cao thì độ pH phù hợp của dung dịch xà phòng là 6,5 – 7. Theo như các kết quả khảo sát thì tỷ lệ tối ưu là axit stearic/NaOH là 0,9. Tại tỷ lệ này, hiệu suất của quá trình tổng hợp đạt mức cao nhất là 85%.
3.1.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng
Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất, thực hiện phản ứng với nồng độ dung dịch NaOH 60%, tỷ lệ mol axit stearic NaOH được giữ không đổi 0,9. Thời gian thay đổi từ 5 – 9 giờ. Kết quả được trình bày trong bảng 3.3
Bảng 3.3.Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tạo sắt stearat
Thời gian (giờ) Hiệu suất (%)
5 48
6 60
7 72
8 85
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 36 K36B – Hoá học
Hình 3.3.Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tạo FeSt3
Qua bảng số liệu 3.3 và hình 3.3 có thể kết luận sau khi thời gian tăng thì hiệu suất phản ứng tăng, thời gian phản ứng tối ưu là h. Nếu tiếp tục tăng thời gian thì hiệu suất giảm do quá trình phân hủy hoặc phản ứng sâu hơn tạo thành các sản phẩm phụ. 0 20 40 60 80 100 4 5 6 7 8 9 10 H iệu s uất p hản ứ ng ( )
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 37 K36B – Hoá học 3.1.5. Phân tích nhiệt trọng ượng (TGA)
Hình 3.4. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của FeSt3
Kết quả phân tích nhiệt TGA của FeSt3 cho thấy trong khoảng từ nhiệt độ phòng đến 1100 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
C FeSt3 mất trọng lượng khoảng 23%. Trong khoảng nhiệt độ 110-1600
C, ở FeSt3 không thấy có hiện tượng mất trọng lượng. Điều đó chứng tỏ FeSt3 bền ở trong khoảng nhiệt độ này. Khi tăng nhiệt lên 3100C, FeSt3 mất hơn 0 trọng lượng. Từ các số liệu thu được này cho thấy, FeSt3 có sự ổn định nhiệt trong quá trình gia công polyme. Điều này hoàn toàn phù hợp với các kết quả đã báo cáo ở các nghiên cứu trước đó [11].
Như vậy: Các điều kiện tối ưu đã lựa chọn để tổng hợp FeSt3 là:
Nồng độ NaOH thích hợp để thực hiện phản ứng xà phòng hóa là 60%.
Tỷ lệ axit stearic/NaOH = 0,9
Hiệu suất của quá trình tổng hợp đạt 85%.
Thời gian tổng hợp 8 giờ.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 38 K36B – Hoá học
Tiến hành thổi màng LDPE có chiều dày 50μm, với hàm lượng phụ gia xúc tiến từ 3-5 . Quá trình phân hủy của màng được đánh giá sau những khoảng thời gian nhất định thử nghiệm gia tốc thời tiết bằng cách xác định một số tính chất cơ lý, hình thái học bề mặt, đặc trưng cấu trúc.
3.2.1. Độ bền kéo đứt
Độ bền kéo đứt của các mẫu màng với các tỷ lệ phụ gia khác nhau trong quá trình gia tốc thời tiết được trình bày trong bảng 3.4
Bảng 3.4. Độ bền kéo đứt (MPa) của các mẫu màng với các hàm lượng phụ gia khác nhau trong quá trình thử nghiệm gia tốc thời tiết
Chu kỳ Phụ gia(%) 0 20 40 60 80 3 25,2 23,42 20,42 17,64 12,6 4 24,8 23,74 21,4 15,0 9,8 5 22,62 15,3 10,84 6,56 -
Kết quả từ bảng 3.4 cho thấy rằng giá trị độ bền kéo đứt của các mẫu màng giảm nhanh trong quá trình thử nghiệm gia tốc thời tiết, đối với mẫu có hàm lượng chất phụ gia cao thì tốc độ suy giảm nhanh hơn. Cụ thể đối với với mẫu có chứa 5% phụ gia sau 40 đến 60 chu kỳ chiếu giá trị độ bền kéo suy giảm khoảng 70%, mẫu chứa 4% phụ gia là 40 và mẫu chứa 3% phụ gia là 30%.
3.2.2. Độ dãn dài khi đứt
Độ giãn dài khi đứt của các mẫu màng ở các tỷ lệ phụ gia khác nhau trong quá trình gia tốc thời tiết được trình bày trong bảng 3.5
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 39 K36B – Hoá học
Bảng 3.5. Độ giãn dài khi đứt (%) của các mẫu màng với các hàm lượng phụ gia khác nhau
Chu kỳ Phụ gia (%) 0 20 40 60 80 3 450,6 424,87 364,83 286,3 184,73 4 398,7 365,44 284,2 203,02 121,8 5 376,2 308,4 220,32 146,88 -
Kết quả từ bảng 3.5 cho thấy rằng tương tự độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt của các mẫu màng với các tỷ lệ hàm lượng phụ gia khác nhau giảm nhanh theo thời gian tiếp xúc trong quá trình gia tốc thời tiết. Đối với mẫu có hàm lượng phụ gia 5% sau khoảng 40 đến 60 chu kỳ chiếu giá trị độ giãn dài khi đứt suy giảm còn lại khoảng 40 , đối với mẫu 4% phụ gia còn lại khoảng 50 và mẫu 3% phụ gia còn lại khoảng 65%.
3.2.3. Độ bền xé
Độ bền xé của các mẫu màng với các tỷ lệ phụ gia khác nhau trong quá trình gia tốc thời tiết được trình bày trong bảng 3.6
Bảng 3.6. Độ bền xé của các mẫu màng với các hàm lượng phụ gia khác nhau trong quá trình thử nghiệm gia tốc thời tiết
Chu kỳ Phụ gia (%) 0 20 40 60 80 3 430,5 404,67 353,1 275,52 172,2 4 411,2 378,26 332,03 252,18 142,9 5 403,3 330,7 220,23 153,25 -
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 40 K36B – Hoá học
Qua kết quả từ bảng 3.6 cho thấy độ bền xé của các mẫu màng giảm nhanh theo thời gian tiếp xúc trong điều kiện gia tốc thời tiết. Cụ thể đối với mẫu phụ gia 5% sau thời gian 40 đến 60 chu kỳ chiếu độ suy giảm khoảng 65%, mẫu 4% phụ gia độ suy giảm khoảng 50 và mẫu 3% phụ gia độ suy giảm ít hơn khoảng 30%.
Như vậy: Khảo sát ảnh hưởng của FeSt3đến tính chất cơ lý của mẫu màng trong điều kiện gia tốc thời tiết thấy rằng đối với mẫu có hàm lượng phụ gia 4%, sau 40 đến 60 chu kỳ chiếu gia tốc thời tiết, tính chất cơ lý của màng suy giảm hơn 50 , phù hợp với yêu cầu của màng phủ dùng trong nông nghiệp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.4. Chỉ số cacbonyl
Sự thay đổi chỉ số cacbonyl của mẫu màng trong quá trình gia tốc thời tiết được trình bày trong hình 3.5
Hình 3.5. Chỉ số cacbonyl của màng trong quá trình gia tốc thời tiết Chỉ số cacbonyl của màng tăng nhanh theo thời gian tiếp xúc trong điều kiện gia tốc thời tiết. Sau 20 chu kỳ chiếu, màng đã hỏng thì chỉ số cacbonyl là 5,2 và đến thời gian 60 – 80 chu kỳ chiếu, thì chỉ số cacbonyl là khoảng 12-13,8.
0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 Ch ỉ s ố cacb on yl
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 41 K36B – Hoá học 3.2.5. Ảnh chụp kính hiển i điện tử q ét
Ảnh SEM của mẫu màng ban đầu Ảnh SEM của màng sau 20 chu kỳ
Ảnh SEM của màng sau 40 chu kỳ Ảnh SEM của màng 0 chu kỳ
Hình 3.6. Ảnh SEM của các mẫu màng LDPE trước và sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết
Ảnh SEM cho thấy hình thái cấu trúc bề mặt bề màng biến đổi theo thời gian thử nghiệm gia tốc thời tiết, có thể quan sát rõ trên ví dụ hình 3.6 (Ảnh SEM của các mẫu màng LDPE trước và sau khi thử nghiệm gia tốc thời
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 42 K36B – Hoá học
tiết). Tại thời điểm ban đầu cấu trúc hình thái bề mặt của màng bằng ph ng, nhẵn chưa bị phân hủy. Sau 20 chu kỳ chiếu gia tốc thời tiết, và đến 60 chu kỳ chiếu thì màng đã bị phá hủy mạnh, bề mặt màng xuất hiện nhiều vết, lỗ. Màng không còn giá trị sử dụng.
Như vậy:
- Tỷ lệ tối ưu để phối phụ gia FeSt3 là 4 để tổng hợp màng phân hủy sinh học phù hợp với yêu cầu của màng phủ dùng trong nông nghiệp.
- Thử nghiệm gia tốc thời tiết đối với màng chứa phụ gia, quá trình phân hủy tạo ra những vết nứt khoảng trống trên bề mặt màng với các mức độ khác nhau.