2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp biến tính vật liệu
2.2.1.1. Xử lý bằ d dịc NaOH
T â đa được rửa ba lần với ước cất, sấ k ô đến khối lượ k ô đổi sau đó được nghiền thành dạng bột đế kíc t ước < 0,5 mm. Sản phẩm t được được bảo quản trong hộp plastic. Bột đa được xử lý bằng dung dịch NaOH (5- 25%) với tỷ lệ bột đa /d dịch là 1/50 (g/mL), trong 60 phút ở 25ºC, lắc với tốc độ 150 vòng/phút. Sau khi xử lý bằng dung dịch NaOH, mẫ được lọc để loại bỏ NaOH dư v rửa với ước cất đến pH trung tính. Phần chất rắ t được tiếp tục được sấy ở 60ºC đế k ối lượ k ô đổi. Nồ độ NaOH xử lý tốt ất được đá iá t ô q a m lượ v c ỉ số ti t ể của cellulose tro bột t â đa sa xử lý.
ác đỉ iễ xạ đặc trư của cellulose I là (101), (101-), (002) ở các vị trí 14,6 , 16,1 và 22,5 (2θ); xelulozo II là (101), (101-), (002) ở các vị trí 12 , 20 , 22 (2θ) [16] (Hình 13). Vị trí các đỉ iễ xạ có t ể dao độ k ô iề q a iá trị óc 2θ.
Hình 13. Vị trí các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của cellulose I (a) và cellulose II (b) trong phổ nhiễu xạ tia X
T eo p ươ p áp Se al [45], c ỉ số ti t ể ( rI) được tí t eo cô t ức 1 (với cellulose I) v cô t ức 2 (khi cellulose I đ c ể sa dạ cellulose II). CrI = ((I002 – Iam)/I002) x 100 (1)
CrI = ((I101- - Iam)/I101-) x 100 (2) Tro đó, I002 l cườ độ tối đa của ti t ể ở đỉ iễ xạ (002) đối với
cellulose I, I101- l cườ độ tối đa ở đỉ iễ xạ (101-) đối với cellulose II. Iam là cườ độ t ấp ất ằm iữa 2 đỉ iễ xạ (002) v (101-) đối với cellulose I; iữa 2 đỉ iễ xạ (101-) v (101) đối với cellulose II. Iam l cườ độ ở vị trí 2θ = 18.0 với cellulose I v 2θ = 16.0 đối với cellulose II.
2.2.1.2. Đồ trù ợp ghép acrylonitrile lên bột thân đa
Bột t â đa sa k i biế tí bằ NaOH được đồ trù ợp ép acrylonitrile (AN) lên cellulose. Lấy 1 g bột đa đ xử lý NaOH vào bình cầ đá trịn lắp si ồi lư . Tiếp t eo, 100 mL c ất k ơi m o NaHSO3/(NH4)2S2O8 được bổ sung vào bình, sục khí N2 v k ấ tro 30 p út. P ả ứ được điề c ỉ ở iệt độ 40 - 70ºC bằ má k ấ từ ia iệt. Sa đó t m AN, k ấ với tốc độ 300 v/p trong t ời ia 120 - 210 phút. P ả ứ đồ trù ợp được kết t úc bằ các c o k ơ k í v o bì p ả ứ v l m lạ bì . Thêm vào bình 100 mL d dịc eta ol để loại bỏ AN dư, đồ t ời kết tủa sả p ẩm, loại bỏ các m ối; p ầ c ất rắ được lọc q a iấ lọc, sa đó rửa lại bằ etanol và ước cất (3 lầ ). Sả p ẩm được sấ k ô ở 60ºC đế k ối lượ k ô đổi. Sả p ẩm bao ồm polyme của AN (polyacrylonitrile) v bột t â đa đ ép AN.
Sả p ẩm ép được rửa v i lầ với N,N-dimetylfocmamit để loại bỏ polyacrylonitrile. ất rắ t được sa k i lọc được l m k ô đế k ối lượ k ô đổi v i lại k ối lượ sả p ẩm.
Các yếu tố ả ưở đến phản ứ đồng trùng hợp ghép AN lên bột đa được khảo sát bao gồm: nồ độ chất k ơi m o, tỷ lệ khối lượ AN/t â đa , iệt độ và thời gian phản ứng. Ả ưởng của các điều kiệ được đá iá t ô q a tỷ lệ ghép và hiệu suất ghép, từ đó tìm ra điều kiện tối ư c o mỗi yếu tố.
Tỷ lệ ghép (%G), hiệu suất ép (%E) được tính theo các cơng thức 3 và 4 [15].
Tỷ lệ ghép (%G) = [(W1 – W0)/W0] x 100% (3) Hiệu suất ghép (%E) = [(W1 – W0)/W2] x 100% (4) Tro đó, W0, W1 lầ lượt là khối lượng của bột đa c ưa ép v sa k i ghép AN. W2 là khối lượ AN ba đầu.
Các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ả ưở đến khả ă ép acrylonitrile lên bột t â đa được tiế độc lập, có tính kế thừa (kết quả của thí nghiệm trước l điều kiệ để thực hiện thí nghiệm sau) và thể hiện trong bảng 5.
Bảng 5. Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến khả năng ghép AN lên bột thân đay
TT Thí nghiệm Bố trí thí nghiệm
1
Ả ưởng tỷ lệ [SB/APS]
(CM/CM)
mbột t â đa = 1 g, Vt = 100 mL, [APS] = 0,2 mol/L, 2h, 60ºC, VAN = 5 mL (99,9%), [SB] = 0; 0,05; 0,1; 0,15 hoặc 0,2 mol/L 2 Ả ưởng của nồng độ hệ k ơi m o [I], [I] = [SB] + [APS] mbột t â đa = 1 g, Vt = 100 mL, 2h, 60ºC, VAN = 5 mL [I] = 0,035; 0,0875; 0,175; 0,35; 0,525 hoặc 0,7 mol/L 3 Ả ưởng của tỷ lệ AN/đa
mbột t â đa = 1 g, Vt = 100 mL, [APS] = 0,2 mol/L, [SB] = 0,15 mol/L, 2h, 60ºC,
A /đay (g/g) = 1,62; 3,24; 4,05; 4,86; 6,48 hoặc 8,1
4 Ả ưởng của thời gian phản ứng
mbột t â đa = 1 g, Vt = 100 mL, [APS] = 0,2 mol/L, [SB] = 0,15 mol/L, 60º , AN/đa = 4,86 (tươ
đươ với 6 ml AN);
hời gian = 2; 2,5; 3 hoặc 3,5 giờ
5 Ả ưởng của nhiệt độ phản ứng
mbột t â đa = 1 g, Vt = 100 mL, [APS] = 0,2 mol/L, [SB] = 0,15 mol/L, 2,5 iờ; VAN = 6 mL;
AN/đa = 4,86;
T = 40, 50, 60 hoặc 70ºC
Chú thích: SB là natri bisunphit, APS là amoni pesunphat, Vt là tổng thể tích (mL), AN là acrylonitrile, VAN là thể tích acrylonitrile (mL), I là hệ k ơi m o SB/APS.
2.2.1.3. Amidoxime óa sả p ẩm ép acr lonitrile
1 g c ất rắ t được sau khi ghép acrylonitrile được amidoxime óa bằ NH2OH.HCl (2,5 - 15%) trong ỗ ợp dung dịc met a ol : ước (v : v = 1 : 1) sao c o tổ t ể tíc d dịc bằ 50 ml. pH của d dịc được điề c ỉ đế k oả từ 9 đế 10 bằ m ối Na2CO3. P ả ứ ở iệt độ 25 - 80ºC trong t ời gian 30 - 360 phút, k ấ với tốc độ 300 v/p. Sa p ả ứ , lọc q a iấ lọc để loại bỏ p ầ d dịc v rửa sả p ẩm t được 3 lầ với ước cất đế pH tr tí , sấ k ơ đế k ối lượ k ô đổi.
Các yếu tố ả ưở đến phản ứng amidoxime hóa sản phẩm ghép PAN bao gồm: nồ độ NH2OH.HCl, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng. Dựa vào m lượng tổ itơ để đá iá iệu quả của quá trình amidoxime [11]. Sự biến thiên của m lượng tổ itơ biểu thị cho sự t a đổi của nhóm amidoxime trong vật liệu.
Ảnh hưởng của nồng độ NH2OH.HCl: 1 g sản phẩm ép được phản ứng
với dung dịch NH2OH.HCl ở các nồ độ khác nhau (2,5; 5; 7,5; 10; 12,5 hoặc 15 %) ở 25ºC trong 120 phút. Sa p ả ứ , li tâm để tác p ầ c ất rắ , rửa lại bằ ước cất đế pH tr tí , sấ k ô đế k ối lượ k ô đổi v xác đị m lượ ito.
Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng: 1 sả p ẩm ép được p ả ứ với
d dịc NH2OH.HCl ở nồ độ tối ư xác định ở thí nghiệm trước, trong khoảng thời gian 120 phút. Nhiệt độ phản ứ t a đổi 25, 30, 40, 50, 60, 70 hoặc 80ºC.
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: 1 sả p ẩm ép được tiếp xúc với
d dịc NH2OH.HCl ở nồ độ tối ư v nhiệt độ tối ư ở hai thí nghiệm trước. Thời gian phản ứ t a đổi từ 30, 60, 120, 180, 240, 300 hoặc 360 phút.