NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu, hóa chất tổng hợp keo polyphenol – urotropin

2.1.1. Polyphenol rắn

Vỏ cây keo lá Tràm sau khi lấy về, đem rửa sạch, bỏ phần vỏ chết bên ngoài, bỏ phần bị sâu, sấy ở 800C đến khô và xay thành dạng bột mịn. Chưng ninh bột với dung môi nước. Xử lý dịch lọc bằng cloroform, cô loại dung môi thu được bột polyphenol rắn.

2.1.2. Urotropin

Công thức phân tử: C6H12N4

Công thức cấu tạo:

Một số tên gọi khác của urotropin: Hexamethylenetetramine, 1,3,5,7tetraazaadamantane, Formin, Hexamine, Methenamine.

2.1.2.1. Tính chất vật lý:

Urotropin là chất rắn màu trắng, dạng tinh thể, độ tan trong nước 85,3g/100ml (ở 250C), tan tốt trong các dung môi phân cực.

Urotropin là chất dễ cháy, nhiệt độ sôi 2800C, khối lượng riêng 1,33g/cm3

(ở 200C), nhiệt độ nóng chảy 4100

C.

2.1.2.2. Tính chất hố học

a. Phản ứng của alkyl (halomethyl) furancarboxylates với Urotropin

b. Phản ứng Delépine

Phản ứng Delépine cho phép tổng hợp các amin chính từ alkyl halogenua phản ứng hexamethylentetramine.

Cơ chế phản ứng được mô tả như sau:

Đầu tiên cặp electron của nitơ sẽ tấn cơng vào C tích điện dương của alkyl halogenua

Tiếp theo là quá trình thuỷ phân sản phẩm thu được muối amoni.

Cuối cùng từ muối amoni thuỷ phân trong môi trường kiềm để thu được amin.

Urotropin (Hexamethylenetetramine) được điều chế từ amoniac và formaldehyde theo phương trình phản ứng sau

2.1.2.4. Ứng dụng của Urotropin

Urotropin được sử dụng như một phụ gia thực phẩm có tác dụng như là một chất bảo quản.

Urotropin là một thành phần của viên nén nhiên liệu rắn sử dụng trong quân đội, hoặc các hoạt động ngoài giờ, năng lượng toả ra là 30,0 MJ / kg.

Một lượng lớn urotropin được sử dụng để sản xuất các loại chế phẩm dạng bột hoặc lỏng các loại nhựa phenolic, ngồi ra cịn được sử dụng làm chất đóng rắn.

2.1.3. Những hóa chất khác được sử dụng: Natri sunfit, dung dịch FeCl3, dung dịch CH3COONa, dung dịch HCHO, dung dịch HCl, dung dịch NaOH 33%.

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.2.1. Xác định một số chỉ tiêu hóa lý trong bột vỏ keo lá tràm

Tiến hành xác định độ ẩm và hàm lượng tro trong mẫu bột nguyên liệu khô.

2.2.1.1. Xác định độ ẩm

- Nguyên tắc: áp dụng phương pháp sấy khô đến sản phẩm không đổi. - Cách tiến hành:

Sấy cốc cân sạch trong tủ sấy ở nhiệt độ 105o

C đến trọng lượng khơng đổi, dùng cân phân tích cân xác định trọng lượng cốc cân mo (g). Bỏ vào cốc khoảng 2 – 1g bột, đem cân phân tích, ghi nhận khối lượng, khi đó tổng lượng cốc cân và mẫu là m1(g).

Đặt cốc vào tủ sấy đang ở nhiệt độ 105oC, sấy khoảng 4 giờ thì lấy cốc mẫu ra để nguội 15 phút trong bình hút ẩm có chất hút ẩm. Cân cốc mẫu đã sấy.

Cân xong để cốc vào sấy tiếp khoảng 2 giờ thì cân lại lần nữa cho đến khi trọng lượng cốc mẫu giữa các lần sấy không thay đổi. Ghi nhận khối lượng m2(g).

W = (m1 - m2)*100/(m1 - m0) (%)

Trong đó mo: Khối lượng cốc sau khi sấy đến khối lượng không đổi. m1: Khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy.

m2: Khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy đến khối lượng không đổi.

2.2.1.2. Xác định hàm lƣợng tro

- Nguyên tắc: Tro hố mẫu bằng nhiệt; sau đó xác định hàm lượng tro bằng phương pháp khối lượng.

- Cách tiến hành

Rửa sạch cốc nung bằng nước, sấy trong tủ sấy ở 1050

C trong 30 phút nung trong lò nung ở 525 ± 250C trong 30 phút. Làm nguội trong bình hút ẩm và cân với độ chính xác đến 0,01g. Q trình nung được lặp lại cho đến khi cốc nung có khối lượng khơng đổi m0.

Lấy khoảng 5g mẫu với độ chính xác 0,01g trong cốc nung đã chuẩn bị. Cô trên bếp cách thủy hoặc sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C đến khơ (khoảng 2 – 3 h). Đem cân có khối lượng m1 .

Đốt cẩn thận trên bếp điện đến than hoá.

Nung ở nhiệt độ 525 ± 250C cho đến khi thu được tro màu trắng ngà (khi có mặt sắt sẽ có màu đỏ gạch, có mặt đồng và mangan có màu xanh nhạt).

Làm nguội trong bình hút ẩm. Quá trình nung được lặp lại cho đến khi cốc nung có khối lượng khơng đổi m2.

Để tăng nhanh q trình tro hố có thể cho vào cốc chứa tro (đã nguội) 3 – 5 giọt hydroperoxyt 5%, sau đó tiến hành như trên.

Hàm lượng tro (X) tính bằng % theo cơng thức:

X = [(m2-m0)*100]/m1-m0

Trong đó: m0: khối lượng cốc nung, g

m1: khối lượng cốc nung và mẫu ban đầu m2: khối lượng cốc nung và tro, g.

Kết quả là trung bình cộng kết quả 2 lần xác định song song.

Tiến hành định tính xác định sự có mặt của polyphenol trong dịch chiết ra.

2.2.2.1. Định tính phân biệt polyphenol nhóm tanin ngƣng tụ

Cách tiến hành: chuẩn bị 1 bản sứ có lỗ, cho vào lỗ bản sứ một ít dịch chiết tanin từ vỏ keo lá tràm. Nhỏ vào đó vài giọt FeCl3 5%, nếu hỗn hợp chuyển sang màu xanh đen là phản ứng dương tính.

2.2.2.2. Định tính phân biệt nhóm tanin thủy phân

Cách tiến hành: cho 50ml dịch lọc vào bình tam giác dung tích 250ml, cho thêm vào 10ml HCHO 37% và 5ml HCl đậm đặc. Đun cách thủy trong thời gian 20 phút, nếu xuất hiện kết tủa vón màu đỏ thì có polyphenol nhóm tanin ngưng tụ. Lọc bỏ kết tủa lấy dịch lọc cho dung dịch CH3COONa dư vào, rồi thêm vài giọt dung dịch FeCl3 nếu có màu xanh xuất hiện thì có polyphenol nhóm tanin thủy phân.

2.2.3. Tách polyphenol rắn

Polyphenol rắn được tách theo quy trình có sẵn.

2.2.3.1. Dụng cụ, thiết bị

- Bình cầu 3 cổ 1000ml. - Sinh hàn ruột gà. - Bếp cách thủy. - Phễu chiết.

- Bộ quay cất chân khơng.

2.2.3.2. Quy trình tách polyphenol rắn

Sau khi xử lí vỏ cây keo lá Tràm bằng dung mơi chiết là nước, thì thu được dịch chiết. Ngồi tanin trong dịch chiết cịn có tạp chất, để tách tạp chất, dịch chiết được xử lí với clorofom. Sau khi tách tướng clorofom thì dịch chiết cịn lại là polyphenol. Cơ cạn thu được tanin.

Quy trình tách tanin rắn

2.2.3.3. Phổ hồng ngoại của tanin

a. Sơ lƣợc về cơ sở vật lý về phân tích phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại (IR), xuất hiện do phân tử hấp thụ năng lượng bức xạ điện từ trong vùng hồng ngoại. Khi hấp thụ các bức xạ này (từ 2- 50m, tương ứng với số sóng 5000- 200cm-1), sẽ dẫn đến sự dao động của phân tử.

Có hai loại dao động chính :

- Dao động hóa trị (ký hiệu : v) : là những dao động làm thay đổi độ dài liên kết giữa hai nguyên tử trong phân tử, nhưng khơng làm thay đổi góc liên kết.

- Dao động biến dạng (kí hiệu : δ) là những dao động làm thay đổi góc liên kết nhưng khơng làm thay đổi độ dài liên kết.

Hình 2.2. Sơ đồ tách tanin rắn Sấy Nghiền Vỏ cây keo lá tràm Chất khô Dịch chiết chiết bằng nước Tannin rắn Dịch chiết Tannin Chiết bằng clorofom Cô đuổi dung môi

Mỗi loại dao động trên còn được phân chia thành dao động đối xứng (kí hiệu là : vas, δas ). Mỗi loại dao động thường có mức năng lượng khác nhau nên mỗi loại tần số hấp thụ khác nhau đặc trưng cho từng liên kết.

Số lượng các dao động riêng của phân tử phụ thuộc vào số lượng các nguyên tử trong phân tử. Một phân tử có N ngun tử thì tổng số các dao động riêng sẽ là :

3N – 5: Đối với phân tử có cấu trúc thẳng

3N – 6 : Đối với phân tử có cấu trúc khơng thẳng. Tần số dao động của một số nhóm chức hữu cơ.

Bảng 2.1. Tần số dao động của một số nhóm chức hữu cơ.

Tần số, cm-1 Loại dao động Tần số, cm-1 Loại dao động 3700- 3200 1900- 1550 1600- 1450 1310 - 1210 -OH(ht) C=O (ht) C = C thơm (ht) Ete thơm (ht) 1140 – 1085 1200 – 1000 860 – 800 900 - 650 Ete mạch hở (ht) C- O (ht) CH bezen thế para (bd) CH thơm (bd) ht : hóa trị, bd : biến dạng.

b. Phƣơng pháp chuẩn bị mẫu ghi phổ hồng ngoại

Chất đem ghi phổ hồng ngoại có thể ở trạng thái rắn, lỏng hay khí. Đối với mỗi trường hợp cần có một cuvet riêng và cách chuẩn bị mẫu phù hợp.

- Mẫu ở dạng lỏng: Chất lỏng tinh khiết được bơm vào khoảng giữa hai tấm

KBr, chiều dày lớp chất lỏng từ 0,01- 0,05mm. Có thể ghi phổ ở dạng dung dịch bằng cách hòa tan chất nghiên cứu (lỏng hay rắn) vào dung môi phù hợp (CCl4, CHCl3…) rồi bơm dung dịch vào cuvet.

- Mẫu ở dạng rắn: Chất nghiên cứu (2-5mg) được nghiền nhỏ, trộn với bột

KBr khan rồi ép thành tấm mỏng. Đặt tấm mỏng vào cuvet để ghi phổ.

c. Ứng dụng của phổ hồng ngoại trong hóa học

Phổ hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong nghiên cứu hóa học

Dựa vào giá trị tần số và cường độ của các đỉnh hấp thụ đặc trưng, xác định sự có mặt của các nhóm nguyên tử trong phân tử, từ đó suy ra cấu trúc của phân tử. Để khẳng định được cấu trúc phân tử cần kết hợp các phương pháp phổ khác.

c.2. Phân tích định tính

Để nhận biết một hợp chất hữu cơ cần so sánh phổ của nó với phổ chuẩn. Với mục đích này cần phải ghi phổ của chất cần nghiên cứu cùng điều kiện với phổ chuẩn.

2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố đến phản ứng tổng hợp keo polyphenol – urotropin – urotropin

Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố tỉ lệ khối lượng polyphenol : tỉ lệ khối lượng urotropin và yếu tố thời gian, yếu tố nhiệt độ và yếu tố pH đến phản ứng tạo keo polyphenol – urotropin.

2.2.4.1. Thiết bị, dụng cụ

- Bình cầu ba cổ 250ml. - Bộ máy khuấy cơ. - Nhiệt kế 1000C. - Sinh hàn thẳng 14. - Bếp điện. - Bếp cách thủy. - Sinh hàn ruột gà. - Máy đo pH 2.2.4.2. Quy trình tổng hợp

Cho m(g) polyphenol vào bình cầu 250ml, thêm 100ml H2O, và 0,2g Na2SO3, hoàn lưu trong bếp cách thủy trong 90 phút, ở 900C nhằm depolyme hóa polyphenol [6].

Lấy dung dịch polyphenol ra cho m(g) urotropin, sau đó điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 33% [1].

Lắp dụng cụ , tiến hành gia nhiệt. Sau thời gian t giờ tính từ thời điểm đạt nhiệt độ t0C khảo sát thì dừng phản ứng. Điều chỉnh pH khơng đổi trong quá trình tổng hợp trừ khoảng thời gian 1h trước điểm kết thúc.

Tháo bình cầu đổ hỗn hợp ra lọc loại bỏ sản phẩm gel, lấy dịch keo ở dưới và sấy ở 700

Dd NaOH 33% H2O Urotropin Gia nhiệt Depolyme hóa Điều chỉnh pH Gia nhiệt Khuấy Trùng ngưng Lọc Sấy Keo sản phẩm Tannin rắn Na2SO3 rắn

Tiến hành đo độ nhớt của dung dịch keo thu được bằng nhớt kế để xác định điều kiện tối ưu.

2.2.5. Nghiên cứu tính chất của keo dán polyphenol – urotropin

Tiến hành xác định các tính chất của keo: hàm lượng rắn trong keo, pH, thời gian gel hóa, tỉ trọng và độ nhớt [7].

2.2.5.1. Phổ hồng ngoại (IR) của keo sản phẩm

Keo được tổng hợp được đem đo phổ hồng ngoại (IR)

2.2.5.2. Hàm lƣợng rắn (TDS)

Lấy khoảng m1 (g) keo dạng đặc quánh (m1 khoảng 1 – 2g), sấy khô ở 1050

C 1.50C trong 3h, để nguội trong bình hút ẩm và đem cân lại được khối lượng m2 ta xác định hàm lượng rắn của keo theo công thức:

%TDS= m2*100/m1

2.2.5.3. Độ nhớt dung dịch keo

Lấy khoảng 20ml dung dịch keo đặc quánh và đo độ nhớt bằng nhớt kế ở 250C.

2.2.5.4. pH

pH của keo được xác định bằng máy đo pH ở 25 10

C.

2.2.5.5. Tỉ trọng

Hình 2.5. Bộ thiết bị tổng hợp keo Hình 2.4. Giai đoạn depolyme hóa

Bình tỷ trọng hay cịn gọi là bình picnomet , được sử dụng trong trường hợp đo các chất lỏng cần độ chính xác cao và lượng chất lỏng có ít. Khi sử dụng bình picnomet, trước hết phải rửa thật sạch, tráng cồn và để thật khô tự nhiên (tránh sấy khơ vì có thể làm giản nở thể tích), sau đó đem cân để lấy khối lượng của bình mbình.

Nếu đo tỷ trọng dung dịch và nước thì ta cho nước vào bình picnomet (chú ý là mao quản trên nắp khơng được có bọt khí và phải đầy), lau khơ bình picnomet và đem cân sẽ được khối lượng nước mnước , lại rửa sạch và tráng cồn để thật khô tự nhiên, sau đó cho dung dịch cần đo vào, lau khơ và đem cân ta được khối lượng của dung dịch.

Tỷ trọng của dung dịch tính theo cơng thức sau:

(mdd-mbình)/(mnƣớc - mbình)

2.2.5.6. Thời gian gel hóa

Trộn keo với chất đóng rắn urotrophin và axit oxalic với tỉ lệ 60% : 20%: 20%, sau khi trộn lấy khoảng 10g hỗn hợp keo cho vào ống nghiệm và giữ ở nhiệt độ 25 10C. Ghi lại thời gian gel hóa.

2.2.6. Ứng dụng tạo tấm ván ép MDF của keo polyphenol – Urotropin

Thử ứng dụng của keo sản phẩm bằng cách tạo tấm ép MDF với nguồn bột gỗ phế liệu từ xưởng cưa gỗ ở quận Sơn Trà, TP Đà Nẵng. Bột gỗ lấy về được sàn lọc để thu được bột có cùng kích thước. Hịa tan m (g) keo, 0,2g urotropin, 0,2g axit

oxalic, 25g bột gỗ vào cốc chứa 100ml nước cất; ngâm trong 48h, lấy ra sấy khô ở 70oC trong 12h nhằm loại bỏ nước.

Tiến hành tương tự như vậy với các tỷ lệ keo : bột gỗ khác nhau Cho bột gỗ vào khuôn ép và ép trên máy ép nhiệt ở 160o

C, 100kg/cm2 trong 25 phút. Quy trình tạo tấm ép Bột gỗ thô Urotropin Keo Polyphenol- Urotropin Sàn lọc Ngâm Sấy

H2O Axit oxalic

MDF thành phẩm

Hình 2.8. Sơ đồ tạo tấm ép

Hình 2.10. Khn tạo tấm MDF Hình 2.9. Máy ép nhiệt

Hình 2.11. Máy đo độ bền kéo, uốn

2.2.6.1. Xác định các chỉ tiêu của tấm ép đƣợc tạo từ keo polyphenol –urotropin

- Độ bền kéo vật liệu: ứng suất kéo căng là tải trọng kéo căng cho một đơn vị diện tích mặt cắt ngang, xác định tại vị trí có diện tích mặt cắt ngang bé nhất.

Ứng suất kéo tính theo cơng thức: Fmax/bh Trong đó: b: Chiều rộng mẫu (mm)

h: Chiều dày mẫu (mm) Fmax: Lực kéo cực đại (N)

- Độ bền uốn vật liệu: ứng suất uốn gãy là ứng suất đo được ngay tại thời điểm vật liệu bị gãy.

Trong đó: b: Chiều rộng mẫu (mm) h: Chiều dày mẫu (mm)

Fmax: Tải trọng tại thời điểm mẫu bị uốn gãy (N) L: Chiều dài gối đỡ (mm).

2.2.6.2. Phƣơng pháp phân tích SEM

Cấu trúc tế vi của các mẫu MDF được khảo sát bằng phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét SEM.

2.2.6.3. Đo độ trƣơng nở tấm MDF thành phẩm

Tấm MDF thành phẩm được tiến hành đo độ trương nở trong nước để nghiên cứu khả năng chịu nước, vốn là nhược điểm của tấm MDF nói riêng và các vật liệu gỗ nhân tạo nói chung.

Tấm MDF thành phẩm khơ được đo chính xác kích thước rồi đưa đi ngâm vào nước trong 24 giờ. Sau đó, lấy ra lau khơ và đo lại chính xác kích thước sau khi ngâm. Độ trương nở của tấm MDF được tính theo cơng thức:

RN = (x2 – x1).100/x1

RN: Độ trương nở của vật liệu theo kích thước N (%) x1: Kích thước ban đầu (mm)

CHƢƠNG III

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định một số chỉ tiêu hóa lý

3.1.1. Xác định độ ẩm

Tiến hành xác định độ ẩm mẫu bột khô bằng phương pháp sấy khô đến sản phẩm không đổi như đã nêu và áp dụng công thức:

W = (m1 – m2)*100/(m1 – m0) (%)

Kết quả thu được trình bày ở bảng dưới.

m0 m1 m2 W (%) Trung bình

73,513 74,503 74,394 11.010

11.015%

73,502 74,482 74,374 11.020

Độ ẩm mẫu bột keo lá tràm ban đầu là 11.015%

3.1.2. Xác định hàm lượng tro

Tiến hành tro hóa mẫu và thu được kết quả ở bảng dưới.

m0 m1 m2 X (%) Trung bình