1.7.1 Khỏi niệm
Mực in là một chất màu được pha chế từ nhiều thành phần khỏc nhau dựng để
tạo ra sự tương phản về màu sắc trờn vật liệu in qua khuụn in, nú phải phự hợp với phương phỏp in và tớnh chất của vật liệu in [2].
1.7.2 Mực in gốc nước dựng trong in ống đồng
Trong những năm gần đõy mực gốc nước đó đạt được vị trớ quan trọng trong lĩnh vực in trang trớ và in giấy trờn tường như trong in nhón và in lút. Tuy nhiờn ngành cụng nghiệp in đang cho thấy xu hướng dựng mực gốc nước để in lờn bao bỡ như bao bỡ cho thực phẩm chất lượng cao, dược phẩm, mỹ phẩm và thuốc lỏ.
1.7.2.1 Thành phần [11, 32, 55]
Mực gốc nước vẫn được cấu thành bởi 3 thành phần chớnh là chất màu, chất liờn kết và phụ gia.
- Chất màu cú vai trũ tạo màu cho mực, nú là cỏc loại thuốc nhuộm và hạt mang màu thụng thường. Khi sử dụng chất màu cần cú những lưu ý sau:
+ Cỏc chất màu khụng được phản ứng với cỏc nhựa liờn kết gốc nước. + Một số hạt mang màu cú thể bị hydrat hoỏ dẫn đến sự thay đổi màu
+ Cỏc hạt mang màu cú tớnh chất kiềm khụng dựng trong mụi trường liờn kết cú pha cồn
+ Phải loại bỏ hoàn toàn cỏc chất cũn dư trờn bề mặt hạt mang màu
- Chất liờn kết làm nhiệm vụ phõn tỏn chất màu và giữ màu trờn vật liệu nền. Cú 3 loại chất liờn kết:
+ Chất liờn kết tan trong nước: là cỏc loại polyme tan hoàn toàn trong nước như
polyvinyl alcohol, hydroxy ethyl cellulose, polivinyl pyrolidone…Khi sử dụng loại chất liờn kết này thỡ lớp mực sẽ bị tan khi tiếp xỳc với nước, vỡ vậy nờn hạn chế sử
dụng.
+ Chất liờn kết tan trong kiềm: là cỏc loại nhựa axit tan trong dung dịch amoniac hoặc amin (pH = 8 – 9) như nhựa acrylic, shellac, maleic, protein. Chỳng tồn tại trong dung dịch mực ở dạng muối tan trong nước và tạo thành màng bao quanh phõn tỏch cỏc hạt mang màu.
+ Chất liờn kết phõn tỏn: là cỏc polyme ở trạng thỏi keo hoặc nhũ tương, huyền phự trong nước như acrylic vinyl, styren butadien…Khi lớp mực khụ chỳng tập hợp lại
thành màng keo tạo nờn sựđồng đều, lớp mực bền và búng đẹp. Mực sử dụng loại chất liờn kết này sẽ cho độ nhớt thấp.
- Phụ gia: cú 4 loại chớnh:
+ Dung mụi phụ: tăng tớnh thấm ướt của nhựa liờn kết, điều chỉnh độ nhớt và tăng tốc độ khụ của mực. + Chất bụi trơn: tăng độ búng, chống mài mũn + Chất phõn tỏn: tăng độ bền phõn tỏn cho mực + Chất chống bọt: ngăn cản và phỏ bọt hỡnh thành trong quỏ trỡnh in 1.7.2.2 Cụng thức mực điển hỡnh [11] Bảng 1.3 Cụng thức mực điển hỡnh Thành phần (%V) Vật liệu màng Pigment 12 – 15 Nhựa và amin 15 – 25 Cồn 2 – 5 Phụ gia 6 – 10 Nước 45 - 65 1.7.2.3 Cỏc thụng số kỹ thuật của mực [14] Bảng 1.4 Cỏc thụng số kỹ thuật của mực Độ nhớt pH Sức căng bề mặt 25 – 30 st 8 - 9 35 – 38 dyn/cm 1.8 GIỚI THIỆU VỀ BAO Bè 1.8.1 Vật liệu làm bao bỡ
Bao bỡ phõn đạm là loại bao bỡ nhựa. Nhựa được cấu tạo bởi cỏc polyme (resin) và chất phụ gia.
Polyme là cỏc đại phõn tử cú được do lặp đi lặp lại (đụi khi trờn 100000 lần) một kiểu mắt xớch. Số lần tỏi diễn mắt xớch xỏc định cỏc tớnh chất của nhựa.
Trong cỏc polyme người ta phõn biệt:
- Homopolyme, được cấu tạo bởi cỏc kiểu mắt xớch cựng một loại: thẳng, phõn nhỏnh hoặc dạng mạng lưới. Trong loại này, chẳng hạn người ta tỡm thấy polyetylen cú tỉ trọng cao hay polyetylen cú tỉ trọng thấp.
- Copolyme cú được do cỏc kiểu mắt xớch khỏc nhau, cú những tớnh chất khỏc nhau. Người ta chia ra làm 3 loại copolyme tĩnh,copolyme xen kẽ hay copolyme chuỗi.
1.8.1.2 Cỏc chất phụ gia
Nhiều chất thành phần được sử dụng khi sản xuất bao bỡ nhựa, hoặc để cho sự
sản xuất được dễ dàng, hoặc cải thiện vài tớnh chất của chỳng.
+ Chất phụ gia sản xuất: tỏc nhõn chống tĩnh điện (hạn chế sự tụ điện trờn bề
mặt và do đú chống được bụi bỏm), dầu nhờn, chất dẻo hoỏ (giảm độ nhờn), chất nhũ
hoỏ...[2, 8]
+ Cải thiện cỏc tớnh chất cơ học: chất chống oxy hoỏ, chất chống UV, chất diệt nấm...
+ Cải thiện mỹ quan: chất màu, tỏc nhõn cải thiện sự truyền ỏnh sỏng
Bao bỡ đựng gạo, phõn bún, ximăng, thức ăn gia sỳc, người ta sản xuất theo phương phỏp: từ hạt nhựa PP kộo thành màng, cắt thành sợi, quấn vào lừi từ mỗi cuộn (nhiều cuộn) đưa vào mỏy dệt thành ống, sau đưa vào mỏy khõu đỏy bao để sau khi cho sản phẩm vào bao họ sẽ khõu nối đầu cũn lại.
1.8.2 Cỏc loại nhựa chớnh được sử dụng trong sản xuất bao bỡ [22]
- Polyetylen (PE) : – (CH2 – CH2 ) –n - Polypropylen (PP) : – (CH2 – CH) –n |
- Polyvinyl clorua (PVC) : – (CH2 – CH) –n | Cl - Polystyren (PS) : – (CH2 – CH) – | C6H5 - Polyterephtalat etylen glycol (PET) :
– (C – C6H4 – C – O – CH2 – CH2 – O) –n || ||
O O
Việc tổng quan tài liệu ở trờn giỳp ớch rất nhiều cho sự định hướng nghiờn cứu
về dung mụi sinh học. Chỳng tụi đó tỡm kiếm và đưa ra phương phỏp tổng hợp iso-
propyl lactat, phương phỏp điều chế tối ưu cho xỳc tỏc để cú hoạt tớnh cao trong
phản ứng tổng hợp metyl este, và phõn tớch cỏc yếu tốảnh hưởng đến quỏ trỡnh pha
chế dung mụi sinh học. Dựa trờn những phương phỏp phõn tớch, chỳng tụi đó đưa
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 2.1 TỔNG HỢP METYL ESTE TỪ DẦU HẠT CAO SU
2.1.1 Nguyờn liệu
Nguyờn liệu chớnh để tổng hợp metyl este là alcol (metanol) và dầu thực vật (dầu hạt cao su).
2.1.1.1 Dầu thực vật
Đối với dầu thực vật, muốn cú độ chuyển húa cao trong quỏ trỡnh tổng hợp metyl este thỡ cần phải cú chỉ số axit nhỏ hơn 0,5 mg KOH/ g dầu ( với dầu cú chỉ số
axit trờn 0,5 mgKOH/g dầu thỡ độ chuyển húa tạo metyl este thấp hơn 30%). Đối với dầu cao su cú chỉ số axit cao (chỉ số axit là 32) thỡ phải tiến hành xử lý dầu trước khi sử
dụng cho phản ứng. Quỏ trỡnh xử lý dầu thực chất là quỏ trỡnh loại bớt axit bộo tự do cú trong dầu bằng cỏch trung hoà bằng kiềm để trỏnh quỏ trỡnh xà phũng hoỏ xảy ra làm
ảnh hưởng đến độ chuyển hoỏ của dầu.
2.1.1.2 Alcol
Trong cỏc loại alcol thỡ metanol được sử dụng nhiều nhất vỡ: + Cho hiệu suất tương đối cao.
+ Khụng tạo đẳng phớ với cỏc chất khỏc như nước…
+ Metanol tương đối rẻ tiền.
Tuy nhiờn nhược điểm lớn nhất của metanol là rất độc, nú cú thể gõy mự mắt và gõy một số bệnh khỏc. Cũn etanol thỡ cho hiệu suất kộm hơn, nú tạo đẳng phớ với nhiều chất đặc biệt là tạo đẳng phớ với nước do vậy quỏ trỡnh thu hồi etanol là rất khú khăn. Ngoài ra etanol là một dung mụi cầu do vậy sản phẩn tạo ra khụng phõn lớp nờn việc tinh chế sản phẩm sẽ rất khú khăn. Tuy nhiờn etanol khụng độc và cú thể sản xuất từ
nguyờn liệu sinh học như gạo, sắn, ngụ…Đối với cả hai loại alcol này khi sử dụng cần chỳ ý về vấn đề an toàn chỏy nổ vỡ nhiệt độ bắt chỏy của etanol là 8oC, trong khi đú của metanol là 10oC.
2.1.2 Phương phỏp điều chế xỳc tỏc NaOH/MgO
Xỳc tỏc được sử dụng trong quỏ trỡnh tổng hợp metyl este là xỳc tỏc dị thể
NaOH/MgO.
* Ưu điểm của việc dựng xỳc tỏc dị thể là: + Dễ tỏch khỏi sản phẩm
+ Cú thể tỏi sinh nhiều lần + Khụng độc hại
* Nhược điểm: khú điều chế, hoạt tớnh khụng cao.
Do khi sử dụng xỳc tỏc dị thể cho hiệu suất phản ứng khụng cao chỉ khoảng 11% nờn ta cần làm tăng hoạt tớnh xỳc tỏc để tăng hiệu suất phản ứng bằng cỏch ngõm tẩm xỳc tỏc đú với một chất khỏc để làm tăng hoạt tớnh cũng như bề mặt riờng của nú.
Ởđõy MgO được ngõm với dung dịch NaOH.
* Quỏ trỡnh điều chế xỳc tỏc: Xỳc tỏc được điều chế bằng cỏch nung Mg(OH)2 hoặc Mg(NO3)2 hoặc MgCO3 nung ở 1000oC trong thời gian 5 giờ. Xỳc tỏc sau khi được nung như vậy cú hoạt tớnh rất thấp. Vỡ vậy ta cần hoạt húa xỳc tỏc MgO bằng cỏch ngõm tẩm với dung dịch NaOH với cỏc hàm lượng khỏc nhau để tỡm ra hàm lượng tối
3 2 1
4
5
* Quỏ trỡnh ngõm tẩm như sau: lấy 25g NaOH hũa tan trong 100ml nước, sau đú đem trộn đều với 75g MgO, hũa trộn bằng cỏch lắc thật nhiều và kỹ. Sau khi lắc xong để
hỗn hợp trong 24 giờ rồi tiến hành nung ở 400oC trong 4 giờ ta được xỳc tỏc đó hoạt húa.
2.1.3 Cỏch tiến hành tổng hợp metyl este
2.1.3.1 Sơđồ và cỏc thiết bị
Cỏc thiết bị chớnh được sử dụng trong quỏ trỡnh thực nghiệm là:
+ Thiết bị phản ứng: bỡnh ba cổ dung tớch 500 ml. Trong đú một cổ cắm sinh hàn ngược. Một cổ cắm nhiệt kế. Một cổđể cho metanol, nguyờn liệu và xỳc tỏc, trong quỏ trỡnh phản ứng phải được nỳt kớn.
+ Mỏy khuấy từ cú thiết bị gia nhiệt và cú thể điều chỉnh được nhiệt độ và tốc
độ khuấy.
+ Sinh hàn ngược: được làm lạnh bằng nước để ngung tụ alcol. + Nhiệt kế 100oC.
+ Ngoài ra cũn cỏc bỡnh tam giỏc 250ml, cốc 500ml, phễu chiết 500ml để đựng sản phẩm.
Trước khi tiến hành thực nghiệm cỏc thiết bị phải được rửa sạch và sấy khụ để
trỏnh bụi bẩn và cỏc tạp chất cú thể làm kết quả sai lệch. Sơđồ phản ứng: Chỳ thớch: 1. Sinh hàn nước. 2. Bỡnh phản ứng.
3. Mỏy khuấy từ cú gia nhiệt. 4. Nhiệt kế.
Hỡnh 2.1. Sơđồ thiết bị phản ứng
2.1.3.2 Cỏch tiến hành thực nghiệm
* Cỏc bước tiến hành:
+ Cỏc thiết bị đó được rủa sạch và sấy khụ.
+ Cõn chớnh xỏc một lượng xỳc tỏc nhưđó tớnh toỏn rồi cho vào bỡnh phản ứng. + Lấy chớnh xỏc một lượng dầu nhưđó tớnh toỏn rồi cho vào bỡnh phản ứng. + Lắp sơđồ phản ứng như trờn.
+ Tiến hành gia nhiệt, khuấy trộn hỗn hợp dầu và xỳc tỏc tới 40oC. Sau đú đong chớnh xỏc một lượng metanol nhưđó tớnh toỏn rồi rút từ từ vào bỡnh phản ứng qua một cổ của bỡnh. Metanol rất độc nờn cỏc thao tỏc phải được tiến hành trong tủ hỳt. Sau khi
đó cho metanol vào toàn bộ hệ thống thiết bị phản ứng phải được kớn.
+ Mở sinh hàn và tăng nhiệt độ lờn đến nhiệt độ phản ứng (60oC), giữ cố định nhiệt độ này trong suốt quỏ trỡnh phản ứng.
+ Tiến hành phản ứng trong thời gian đó đuợc tớnh toỏn
Toàn bộ hệ thống thiết bị phản ứng được đặt trong tủ hỳt. Quỏ trỡnh nắp rỏp sơđồ phải hết sức cẩn thận trỏnh lẫn nước.
* Quỏ trỡnh tinh chế sản phẩm: sau khi phản ứng kết thỳc, ta nõng nhiệt độ lờn khoảng 70oC trong 30 phỳt để tiến hành đuổi metanol. Sau đú ngừng gia nhiệt để toàn bộ hệ
thống về nhiệt độ phũng rồi rút sản phẩm vào phễu chiết 500ml. Để nguyờn cho sản phẩm lắng tỏch lớp rồi chiết lấy biodiezel.
2.1.3.3 Quỏ trỡnh tỏch và tinh chế sản phẩm
* Quỏ trỡnh chiết tỏch: Sau khi phản ứng xong cho hỗn hợp phản ứng vào bỡnh chiết dung tớch 500ml, để yờn hỗn hợp phản ứng lắng trong bỡnh chiết càng lõu càng tụt, thường là 8-12 h. Hỗn hợp phản ứng thường phõn tỏch thành hai pha:
+ Pha 1: gồm chủ yếu metyl este cú lẫn một ớt metanol dư, một ớt xỳc tỏc, Glyxerin cú tỷ trọng thấp hơn,
+ Pha 2: chủ yếu là glyxerin và cỏc chất khỏc như metanol dư, xỳc tỏc. Sơđồ chiết tỏch: Chỳ thớch: 1. Dầu chưa phản ứng. 2. Glyxerin. Hỡnh 2.2. Sơđồ chiết sản phẩm
* Tinh chế metyl este thu được: Sau khi tỏch và thu được metyl este thỡ sản phẩm khụng tinh khiết mà cú lẫn tạp chất như: metanol dư, xỳc tỏc, glyxerin…Vỡ xỳc tỏc là dị thể nờn vẫn phõn tỏn vào sản phẩm với một lượng nhỏ dạng hạt nhỏ lơ lửng. Tỏch xỳc tỏc ra bằng cỏch lọc qua bụng khoảng 3 lần rồi lọc tiếp qua giấy lọc. Sau khi đó lọc xong hết xỳc tỏc ta tiến hành rửa sản phẩm để tỏch glyxerin và một ớt metanol. Rửa este bằng nước ấm (để trỏnh tạo nhũ). Cho metyl este vào phễu chiết sau đú cho nước ấm vào (lượng nước rửa khoảng 80% thể tớch metyl este), lắc đều rồi để lắng. Khi hỗn hợp phõn lớp ta chiết lớp dưới bỏđi và giữ lại lớp trờn. Tiến hành rửa như thế khoảng 4-5 lần. Sau khi rửa xong tiến hành đuổi nước. Quỏ trỡnh đuổi nước bằng cỏch đun hỗn hợp cú khuấy trộn ở 105oC. Sau khi đuổi nước khoảng 15-20 phỳt cho sản phẩm sang bỡnh chứa sản phẩm và cho CaCl2 vào để tiến hành làm khan.
* Thu hồi glyxerin: Trong cụng nghiệp glyxerin cú giỏ trị kinh tế cao vỡ nú cú nhiều
ứng dụng. Mà ta thấy trong quỏ trỡnh tổng hợp metyl este thỡ glyxerin tạo ra tương đối nhiều, do vậy ta cần thu hồi để sử dụng. Sau khi tỏch pha giàu glyxerin ở dưới ta cho vào bỡnh tam giỏc 500ml. Trong hỗn hợp giàu glyxerin này cú lẫn xỳc tỏc và metanol. Ta tiến hành lọc bỏ xỳc tỏc bằng cỏch lọc qua bụng rồi lọc qua giấy lọc. Sản phẩm sau
khi lọc đem đi chưng để tỏch metanol. Metanol nằm ở pha này cũng nhiều nờn ta cần cú sinh hàn để thu hồi lại dựng cho mẻ sau, nhưng ta phải rất cẩn thận khụng để lẫn nước. Quỏ trỡnh chưng ở 70oC trong thời gian khoảng 20-30 phỳt.
* Chất lượng của sản phẩm metyl este được đỏnh giỏ qua độ chuyển húa của nguyờn liệu. Độ chuyển húa cú thểđược tớnh theo cụng thức sau:
C = mmetyl este.Cmetyl este/Mmetyl este/ { mdầu/( Mdầu.3) }. Trong đú:
+ mmetyl este, mdầu : khối lượng sản phẩm và khối lượng nguyờn liệu, g. + Cmetyl este : Hàm lượng metyl este cú trong sản phẩm,%.
+ Mmetyl este, Mdầu : khối lượng phõn tử trung bỡnh của metyl este và dầu, g.
+ Hệ số 3 xuất hiện trong phương trỡnh vỡ mỗi phõn tử triglyxerin tạo ra 3 phõn tử
metyl este.
Ngoài ra cũng cú thể tớnh độ chuyển húa của sản phẩm theo lượng glyxerin tạo thành theo cụng thức:
C= mgly/{ 92.( mdầu/Mdầu) }. Trong đú:
+ mdầu : khối lượng dầu đem đi phản ứng, g.
+ Mdầu : khối lượng phõn tử trung bỡnh của dầu thực vật, g. + mgly : khối lượng glyxerin thu được, g.
+ Số 92 là phõn tử lượng của glyxerin.
2.2 TỔNG HỢP ISO-PROPYL LACTAT 2.2.1 Nguyờn tắc tổng hợp 2.2.1 Nguyờn tắc tổng hợp
Quỏ trỡnh tổng hợp iso-propyl lactat được tiến hành qua 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Chuyển húa axớt lactic thành dạng oligome cú độ polyme húa trong khoảng từ 2 đến 30.
- Giai đoạn 2: Lấy hỗn hợp sau phản ứng của giai đoạn 1 cho phản ứng với rượu iso-propylic để chuyển húa axớt lactic dạng oligome thành iso-propyl lactat.
3 2 1 4 5 2.2.2 Sơđồ thiết bị Chỳ thớch: 1. Sinh hàn nước. 2. Bỡnh phản ứng.
3. Mỏy khuấy từ cú gia nhiệt. 4. Nhiệt kế.
5. Khuấy từ.
Hỡnh 2.3 Sơđồ thiết bị phản ứng tổng hợp iso-propyl lactat
2.2.3 Cỏch tiến hành
- Giai đoạn 1: Cho 100 gam dung dịch axit lactic 88% (tương đương 120 ml) và 0,4 gam axit sunfuric đậm đặc 98% (tương đương 1ml) vào trong một bỡnh cầu 3 cổ
500 ml khuấy từ, duy trỡ nhiệt độ phản ứng ở 80oC trong 5 giờ.
- Giai đoạn 2: Sản phẩm trong phản ứng thu được ở giai đoạn 1 được trộn với rượu iso-propylic theo tỉ lệ: 1 mol iso-propylic/4 mol acid lactic, thực hiện phản ứng este húa trong 9 giờ dưới ỏp suất tự sinh thu được sản phẩm là iso-propyl lactat.
- Tinh chế sản phẩm: Chưng hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng thu được iso- propyl lactat ở nhiệt độ 166 ữ 168oC.
2.3 PHA CHẾ DUNG MễI 2.3.1. Nguyờn tắc pha chế.