2.5. Thử nghiệm khả năng hút nước, giữ ẩm khi trộn với đất 1. Trong phòng thí nghiệm
3.2.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
3.2.2.1. Lượng cellulose ảnh hưởng đến khả năng hút nước:
Các phản ứng khảo sát được thực hiện theo sơ đồ 2.3:
Lượng cellulose: 0 ; 4 ; 8 ; 12 ; 16, 20g
4ml dung dòch Ce(SO4)2 0.1M trong H2SO4 1M ; AA: 10g;
DEGDAA: 0.1g (lượng tối ưu trong tổng hợp PAA-DEGDAA).
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của cellulose đến khả năng hút nước
Thớ nghieọm 1 2 3 4 5 6
Cellulose(g) 0 4 8 12 16 20
AA(g) 10 10 10 10 10 10
Độ hấp thụ (g/g) Nước cất 740 409 331 289 254 157
Nước
thường 640 375 304 276 232 145
Nước muối 144 119 97 83 74 54
Đồ thị 3.2: Độ hấp phụ nước của PAA-bã mía-DEGDAA
Nhận xét: Lượng cellulose được dùng càng nhiều thì khả năng hút nước của copolymer càng giảm. Trong thí nghiệm 1 không có cellulose sản phẩm tạo thành có khả năng hút nước cao. Từ thí nghiệm 2 đến thí nghiệm 6 khi tăng lượng cellulose khả năng hút nước giảm do các ion cerium tạo các gốc tự do trên mạch cellulose nên xảy ra phản ứng ghép cùng với phản ứng tạo cấu trúc không gian, mà trong đó bản thân cellulose vừa là polymer nền để ghép và vừa đóng vai trò liên kết ngang nên cấu trúc không gian của vật liệu giảm dần nên khả năng hút nước của vật liệu tạo thành giảm.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của lượng cellulose đến thời gian phân hủy cấu trúc:
Bảng 3.7: Ảnh hưởng lượng cellulose đến thời gian phân hủy cấu trúc vật liệu
Phân lượng cellulose(g)
hủy cấu trúc(ngày)
0 4 8 12 16 20
Sau 10 ngày - ++ ++ ++ ++ ++
Sau 30 ngày - ++ ++ ++ ++ ++
Sau 60 ngày - ++ ++ ++ ++ ++
Sau 90 ngày - + ++ ++ ++ ++
Sau 120 ngày - - + ++ ++ ++
Sau 150 ngày - - - + + ++
Sau 180 ngày - - - - + +
Sau 210 ngày - - - - - -
(-): Phân hủy hoàn toàn; (+) phân hủy một phần; (++): chưa phân hủy Nhận xét: Khi tăng hàm lượng cellulose khả năng hút nước của sản phẩm giảm, nhưng thời gian phân hủy cấu trúc tăng lên rất nhiều so với không có cellulose. Kết quả trên cho thấy Lượng cellulose đóng vai trò rất quan trọng trong việc làm tăng độ bền cấu trúc của copolymer tạo thành.
Đối với thí nghiệm 1 không có cellulose (ở cùng điều kiện tổng hợp) thời gian phân huỷ cấu trúc chưa đến 10 ngày vì trong thành phần sản phẩm chỉ có DEGDAA đóng vai trò liên kết ngang. Ở các thí nghiệm có cellulose, cellulose vừa đóng vai trò là polymer nền để ghép monomer AA vừa đóng vai trò liên kết ngang nên cấu trúc của vật liệu chặt chẽ hơn, do đó thời gian phân hủy cấu trúc xảy ra chậm hơn. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với phân tích kết quả phổ cũng như hình SEM đã chụp được sau khi tổng hợp vật liệu.
Với mục tiêu tổng hợp sản phẩm dùng trong nông nghiệp nên giá thành rẻ, có khả năng hút nước tương đối cao vì vậy chúng tôi chọn lượng cellulose là 16g/10g AA (thí nghiệm 5) để khảo sát thêm.
3.2.2.3. Ảnh hưởng chất khơi mào gốc tự do đến độ hút nước và thời gian đóng rắn
Trong các phản ứng tổng hợp polymer chất khơi mào ảnh hưởng rất lớn đến thời gian đóng rắn, chất lượng và tính chất của sản phẩm polymer tạo thành. Trong đề tài này để vật liệu tổng hợp được có hiệu quả kinh tế chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của lượng muối cericsulfate đến thời gian đóng rắn của vật liệu nhằm chọn được lượng chất khơi mào phù hợp. Các phản ứng thực hiện theo sơ đồ 2.3 với thành phần:
Cellulose: 16g; AA: 10g;
DEGDAA: 0.1g
Bảng 3.8: Ảnh hưởng cericsulfate đến độ hút nước và thời gian đóng
raén.
Thớ nghieọm 1 2 3 4 5 6
Ce(SO4)2 / H2SO4 1M
(ml) 0 2 4 6 8 10
Độ hấp thụ (g/g)
Nước cất 55 210 245 226 198 170 Nước thường 47 206 228 205 182 152
Nước muối 15 52 78 59 48 35
Thời gian đóng
raén(phuùt) 600 360 155 115 85 70
(Thời gian phản ứng đóng rắn được tính từ khi cho chất khơi mào đến khi tạo sản phẩm tạo dạng rắn dàn hồi)
Nhận xét: Trong các thí nghiệm ở bảng 3.8 cho thấy khi lượng xúc tác tăng thời gian đóng rắn giảm mạnh. Với thí nghiệm không dùng muối cericsulfate, phản ứng sau 600 phút tạo dạng phân tán với hàm lượng rắn khoảng 50% chứ không đóng rắn hoàn toàn vì phản ứng xảy ra chủ yếu do quá trình polymer hoá bởi nhiệt của các monomer AA và chất tạo liên kết ngang chứ không xảy ra phản ứng ghép. Khi có cericsulfate, thời gian polymer hoá giảm đáng kể vì trên mạch cellulose được tạo nhiều gốc tự do.
Khi lượng cericsulfate tăng đến 4ml thì khả năng hút nước của vật liệu tăng nhanh. Nhưng khi lượng xúc tác tăng quá 4ml thì khả năng hút nước của vật liệu giảm dần. Điều này được giải thích như sau: Khi lượng chất khơi mào ít
Đồ thị 3.4:
Ảnh hưởng Ce(SO4)2 đến độ hấp thụ
thì gốc tự do tạo trên cellulose ít, phản ứng xảy ra từ từ nên thời gian để phản ứng đóng rắn lớn dẫn đến vật liệu có cấu trúc không gian rộng, linh động dễ hút nước. Tuy nhiên, khi lượng chất khơi mào gốc tự do tăng quá 4ml thì trên các mạch cellulose trong hỗn hợp phản ứng sinh ra nhiều gốc tự do nên tạo vật liệu có cấu trúc mạng chằng chịt, chặt chẽ, lỗ xốp nhỏ, điều đó làm giảm khả năng hút nước của vật liệu.
Do đó, để chọn vật liệu có khả năng hút nước cao và thời gian phản ứng nhanh chúng tôi chọn lượng chất khơi mào gốc tự do là 4ml.
3.2.2.4. Ảnh hưởng nhiệt độ lên phản ứng ghép Thực hiện các phản ứng theo sơ đồ 2.3:
Cellulose: 16g; AA: 10g; DEGDAA: 0.1g; Ce(SO4)2: 4ml Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên phản ứng ghép
Thớ nghieọm 1 2 3 4 5 6
Nhiệt độ(0C) 15 30 45 60 75 90
Độ hấp thụ (g/g) Nước cất 237 230 238 238 240 238 Nước thường 225 220 225 228 230 130
Nước muối 75 80 79 80 79 81
Thời gian đóng
raén(phuùt) 550 365 255 145 120 80
Đồ thị 3.5: Ảnh hưởng nhiệt độ lên thời gian phản ứng
Kết quả khảo sát cho thấy ở nhiệt độ dưới 60 0C phản ứng ghép và polymer hoá chậm, còn nhiệt độ trên 60 0C phản ứng xảy ra nhanh hơn.
Tuy nhiên độ hút nước của các mẫu sản phẩm thay đổi không đáng kể. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với tài liệu tham khảo về phản ứng tạo vật liệu hút nước giữa AA và cellulose: phản ứng ghép và polymer hoá xảy ra nhanh ở nhiệt độ 600C. Để rút ngắn thời gian phản ứng cũng như hiệu quả kinh tế, chúng tôi chọn nhiệt độ 600C với thời gian đóng rắn khoảng 145 phuùt.
3.2.2.5. Ảnh hưởng NaOH lên khả năng hút nước
Theo nhiều tài liệu tham khảo cho thấy lượng NaOH để trung hoà nhóm carbonxylate trong các loại vật liệu hút nước có ảnh hưởng rất lớn đến độ hấp thụ nước và thời gian phân huỷ cấu trúc. Do đó, để vật liệu PAA-Cell-DEGDAA thu được có khả năng hút nước cao, cấu trúc bền vững chúng tôi thực hiện một số thí nghiệm sau. Các phản ứng được thực hiện theo sơ đồ 2.3 với thành phần:
Cellulose: 16g; AA: 10g; DEGDAA: 0.1g
Nhiệt độ: 600C; dung dịch Ce(SO4)2 / H2SO4 1M: 4ml
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của lượng NaOH đến khả năng hấp thụ nước
Thớ nghieọm 1 2 3 4 5 6 7
NaOH (g) 0 1.1 2.2 3.3 4.4 5.5 6.6
Độ hấp thụ (g/g)
Nước cất 65 94 128 180 215 258 55
Nước thường 60 85 113 162 196 250 47
Nước muối 35 37 45 51 65 95 33
Đồ thị 3.6: Ảnh hưởng của NaOH lên khả năng hấp thụ nước Kết quả thí nghiệm trên cho thấy khi không có NaOH để trung hoà thì vật
liệu PAA-Cell-DEGDAA hút nước rất kém. Khi lượng NaOH dùng để trung hoà các nhóm carboxylic trong vật liệu từ 20-100%, khả năng hút nước của vật liệu tăng mạnh và độ hấp thụ nước cao nhất ở lượng NaOH 100%. Điều này được giải thích do các nhóm carboxylate bị solvat hoá bởi nước nên làm cho toàn cấu trúc vật liệu hút nước mạnh. Khi tăng lượng NaOH dùng để trung hoà lên 120% khả năng hút nước của vật liệu giảm mạnh vì các noái dieter cuûa lieân keát ngang bò thuyû phaân nhanh neân caáu truùc khoâng gian của vật liệu bị phá huỷ dần. Do đó, để vật liệu PAA-Cell-DEGDAA hút nước cao thì lượng NaOH trung hoà phải nhỏ hơn hoặc bằng lượng monomer AA (theo tỉ lệ mol) dùng để ghép tạo vật liệu.