CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân
Thời gian thủy phân có ảnh hưởng lớn đến mức độ thủy phân của PVA 217. Về mặt lý thuyết thì mức độ thủy phân tăng theo thời gian thủy phân. Tuy nhiên, để tìm ra một mốc thời gian đủ lớn để PVA đạt độ thủy phân mong muốn là điều cần làm trong nghiên cứu này. PVA đạt độ thủy phân mong muốn là PVA có khả năng hình thành gel bền trong các chu kỳ lạnh đông - rã đông. Thời gian khảo sát là 2, 4, 8, 12 và 24 giờ trong khi vẫn giữ cố định nồng độ PVA 10% và nhiệt độ 100oC. Các tiêu chí được đánh giá là: độ thủy phân, hàm lượng nước thôi ra, kích thước và sự phân bố lỗ xốp và độ bền gel.
3.1.1. Độ thủy phân
Độ thủy phân của mẫu ở các thời gian thủy phân khác nhau được thể hiện ở hình 3.1.
86 88 90 92 94 96 98 100
0 5 10 15 20 25 30
Độ thủy phân (%)
Thời gian phản ứng (h)
Hình 3.1: Đồ thị ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ thủy phân PVA.
Có thể thấy độ thủy phân của PVA tăng lên rất nhanh chỉ sau 2 giờ thủy phân, đạt giá trị 98%. Điều này có thể được giải thích là do trong thời gian đầu phản ứng, các nhóm acetyl còn nhiều và nồng độ NaOH cao nên xác suất gặp nhau lớn dẫn đến tốc độ phản ứng xảy ra nhanh. Theo thời gian phản ứng số lượng nhóm acetyl và nồng độ NaOH giảm dẫn đến tốc độ thủy phân thay đổi không đáng kể. Mặt khác, muối acetate natri (CH3COONa) tạo ra càng nhiều gây cản trở sự tiếp xúc giữa nhóm acetyl và NaOH nên tốc độ phản ứng không thay đổi trong khoảng thời gian 6-24h.
3.1.2. Lượng nước thôi ra
Lượng nước thôi ra phản ánh mức độ kết tinh trong mẫu PVA gel. Ở dạng hòa tan, các nhóm –OH trong mạch PVA hấp thu các phân tử nước và mạch polymer được duỗi thẳng trong môi trường dung dịch tạo nên một hỗn hợp đồng nhất. Khi được làm lạnh đông ở chu kỳ đầu tiên, các tinh thể nước đá hình thành đồng thời khả năng hòa tan của PVA trong nước cũng trở nên kém đi. Hiện tượng này dẫn đến trong mẫu PVA được làm lạnh đông tồn tại 2 pha: pha tinh thể nước đá nghèo PVA và pha PVA nghèo nước [5]. Trong pha PVA các mạch polymer bắt đầu tập hợp lại dưới tác dụng của lực liên kết hydro tạo nên các tinh thể PVA. Các tinh thể PVA này không bị hòa tan trong nước ở nhiệt độ phòng khi mẫu PVA được rã đông. Các phân tử nước được hấp thụ bởi các đoạn mạch kết tinh bị thôi ra khỏi mẫu PVA gel trong giai đoạn rã đông. Kết quả lượng nước thôi ra của các mẫu sau mỗi chu kì lạnh đông-rã đông được thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3.2: Biểu đồ lượng nước thôi ra sau mỗi chu kì lạnh đông-rã đông của các mẫu.
Sau lần rã đông đầu tiên lượng nước thôi ra tương đối ít do mức độ kết tinh còn thấp và độ co mẫu thay đổi không đáng kể. Ở chu kỳ lạnh đông-rã đông thứ 2 và 3 mức độ kết tinh tăng dần nên lượng nước thôi ra cũng tăng lên.
3.1.3. Kích thước và sự phân bố lỗ xốp
Kích thước và sự phân bố lỗ xốp được xác định thông qua sự quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) với mẫu đã được sấy thăng hoa. Các lỗ xốp quan sát thấy được cho là của các tinh thể nước đá để lại sau công đoạn sấy thăng hoa. Ở kích thước lỗ xốp dự đoỏn nằm trong vựng từ 4 đến 20 àm thỡ với độ phúng đại 30 lần là cú thể quan sát thấy. Vậy nên các mẫu không hình thành được lỗ xốp chúng tôi chỉ thể hiện ảnh ở độ phóng đại 30 lần hoặc 50 lần như hình 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 và 3.7.
Hình 3.3: Ảnh SEM mẫu PVA 2h-100oC-10% với độ phóng đại 50 lần.
Hình 3.4: Ảnh SEM mẫu PVA 4h-100oC-10% với độ phóng đại 30 lần.
Hình 3.5: Ảnh SEM mẫu PVA 6h-100oC-10% với độ phóng đại 50 lần.
Hình 3.6: Ảnh SEM mẫu PVA 12h-100oC-10% với độ phóng đại 50 lần.
Hình 3.7: Ảnh SEM mẫu PVA 24h-100oC-10% với độ phóng đại 30 lần.
Có thể thấy các mẫu khảo sát trong trường hợp này đều không hình thành nên lỗ xốp trong quá trình tạo gel. Như vậy, mức độ thủy phân của PVA chỉ mới là điều kiện cần để giúp cho PVA có thể tạo thành dạng gel sau các chu kỳ lạnh đông-rã đông mà chưa phải là điều kiện đủ để mẫu gel hình thành nên lỗ xốp như mong đợi.
Như vậy có thể kết luận rằng thay đổi thời gian thủy phân chỉ làm thay đổi mức độ thủy phân của mẫu PVA 217 giúp cho quá trình hình thành gel dễ dàng mà chưa tạo ra được mẫu gel có lỗ xốp như mong muốn. Để đảm bảo PVA có thể hình thành gel dễ dàng trong các chu kỳ lạnh đông-rã đông, thời gian thủy phân được lựa chọn là 6 giờ.
Thời gian này được cố định cho các khảo sát tiếp trong nghiên cứu này.