CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ & THẢO LUẬN
3.1. Tổng hợp và nghiên cứu tính chất copolyme (VP-VA)
3.1.3. Đặc trưng tính chất sản phẩm copolyme (VP-VA)
Sản phẩm copolyme (VP-VA) được đặc trưng tính chất bằng các phương pháp như IR, DSC, FE-SEM, TGA và đo tính chất cơ lý cụ thể như sau:
3.1.3.1. Phổ hồng ngoại FTIR copolyme (VP-VA)
Phổ hồng ngoại của monome VP, VA và copolyme (VP-VA) được trình bày trong hình 3.5, hình 3.6 và hình 3.7.
Hình 3.5. Phổ IR mẫu monome VA
Hình 3.6. Phổ IR mẫu monome VP
Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của copolyme (VP-VA)
Trong phổ IR của VA, pic hấp thụ ở vị trí 1734cm-1 là do dao động hóa trị của liên kết C=O (este) trong VA, pic hấp thụ ở vị trí 1644 cm-1 là của đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=C, các đỉnh hấp thụ nổi bật tại 1372 cm-1 và 1431cm-1 là do dao động đối xứng và bất đối xứng của liên kết C-CH3, dao động bất đối xứng (C-O-C) được quan sát thấy tại 1245cm-1, các dao động hóa trị của liên kết C-H của các nhóm –CH2 và –CH3 là được quan sát thấy ở 2951 cm-1.
Trong phổ IR của VP, pic hấp thụ tại 1654cm-1 là sự tương tác của nhóm amin và vòng năm cạnh ảnh hưởng tới dao động hóa trị của liên kết C=O, pic hấp thụ xuất hiện ở số sóng dài hơn nhóm carbonyl bình thường do hiệu ứng cộng hưởng. Hấp thụ của nhóm C=C cho xuất hiện pic tại 1630cm-1. Dao động hóa trị của liên kết C-N kéo dài sự hấp thụ ở 1283cm-1, đây là ở tần số cao hơn so với sự hấp thụ tương ứng của amin béo bình thường bởi vì các lượng liên tiếp của nhóm
C-N gây ra sự cộng hưởng với nhóm =C=O có trong vòng. Dao động hóa trị của - CH2- trong vòng được quan sát thấy ở 1445 cm-1. Bên cạnh đó, dao động hóa trị của nhóm CH2 xảy ra tại 2934 cm-1 và dao động hóa trị bất đối xứng của liên kết N- H tại 3512 cm-1.
Trong phổ IR của copolyme (VP-VA) ta thấy xuất hiện tất cả các pic trong phổ IR của VA và VP, trong đó không thấy xuất hiện vị trí pic nối đôi C=C cho thấy sự đồng trùng hợp của VP và VA đã xảy ra. Do sự tương tác giữa các nhóm chức liên kề nhau trong đại phân tử polyme nên vị trí các pic có sự chuyển dịch nhỏ không đáng kể. Như sự thành hai đỉnh sát kề nhau ở 1742cm-1 (νC=O este) và 1680 cm-1 (νC=O của VP) trong phổ của copolyme. Bên cạnh đó dao động hóa trị của liên kết N-H cho xuất hiện pic hấp thụ tại 3486 cm-1, dao động hóa trị của nhóm C-N cho xuất hiện pic tại 1288cm-1 và nhóm C-O-C cho xuất hiện pic tại 1240 cm-1. 3.1.3.2. Nhiệt vi sai quét (DSC) của copolyme (VP-VA)
Giản đồ nhiệt vi sai quét DSC của PVA, PVP và của sản phẩm copolyme (VP-VA) được trình bày trên các hình 3.8, hình 3.9 và hình 3.10.
Hình 3.8. Giản đồ DSC mẫu PVA
Hình 3.9. Giản đồ DSC mẫu PVP
Hình 3.10. Giản đồ DSC mẫu copolyme (VA-VP)
Từ các dữ kiện thu được trên giản đồ DSC của PVP, PVA và copolyme (VP- VA) cho thấy: Copolyme (VP-VA) có nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg = 96oC) nằm trong khoảng nhiệt độ thủy tinh hóa của PVP (Tg = 161oC) và PVA (Tg = 36oC), sản phẩm đã được tách loại hoàn toàn các homopolyme.
3.1.3.3. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA của copolyme (VP-VA)
Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của copolyme (VP-VA) (1:1) được trình bày trong hình 3.11.
Hình 3.11. Giản đồ TGA copolyme (VP-VA)
Trên giản đồ TGA của copolyme cho thấy xuất hiện 3 giai đoạn mất khối lượng:
- Vùng 1 mất 1,54% khối lượng (nhiệt độ bắt đầu từ 80 và kết thúc tại 180oC): điều này là do quá trình tách nước trên bề mặt (các đơn vị VP có tính hút ẩm cao).
- Vùng 2 mất 28% (nhiệt độ bắt đầu từ 267oC và nhiệt độ kết thúc tại 380oC) phù hợp cho quá trình deaxetyl hóa của các đơn vị VA như được mô tả dưới đây.
- Vùng 3 mất 60% (nhiệt độ bắt đầu từ 381oC và nhiệt độ kết thúc tại 584oC) phù hợp cho quá trình phá vòng liên kết của VP, sự cắt mạch phân hủy của cả VP và VA giải phóng NH3, benzen, toluen, andehyt, acetic acid...
Các dữ liệu từ giản đồ TGA phù hợp với dữ liệu của một số tác giả đưa ra [125-127]
3.1.3.4. Xác định tính chất cơ lý của sản phẩm copolyme
Các mẫu homopolyme PVP, PVA và các mẫu copolyme (VP-VA) với thành phần khác nhau được tiến hành tạo màng và xác định tính chất cơ lý. Kết quả được tình bày trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Độ bền cơ lý các mẫu copolyme (VP-VA) Copolyme với tỷ lệ
VP/VA khác nhau
Độ bền cơ lý
Độ bền kéo đứt (MPa) Độ dãn dài khi đứt (%)
VP/VA = 100/0 40,6 6,5
VP/VA = 80/20 38,2 8,4
VP/VA = 60/40 35,1 10,8
VP/VA = 50/50 32,5 13,1
VP/VA = 40/60 29,8 15,7
VP/VA = 20/80 27,3 16,9
VP/VA = 0/100 25,4 18,6
Độ dãn dài khi đứt của copolyme tăng khi tăng hàm lượng VA, điều này là do các đơn vị VA có tính hóa dẻo cao làm tăng khả năng đàn hồi của sản phẩm.
Tuy nhiên sự có mặt của các đơn vị VA lại làm giảm khả năng liên kết giữa các phân tử VP (các phân tử VP có độ phân cực cao), do đó khi tăng hàm lượng VA thì độ bền kéo đứt giảm.
3.1.3.5. Nghiên cứu hình thái học bề mặt sản phẩm (VP-VA)
Hình thái học bề mặt của PVP, PVA và copolyme (VP-VA) được nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FE-SEM). Kết quả được trình bày trong hình 3.12.
a) PVP b) (VP-VA) c) PVA
Hình 3.12. Ảnh FE-SEM bề mặt cắt của các mẫu PVP-a, (VP-VA)-b và PVA-c Từ ảnh FE-SEM bề mặt cắt của PVP, PVA và copolyme (VP-VA) cho thấy:
Đối với bề mặt cắt của PVP thể hiện tính chất giòn, cứng của vật liệu. Điều này là do các phân tử VP có cấu trúc vòng 5 cạnh, gây ra hiệu ứng cứng nhắc, cồng kềnh trong không gian.
Khi có mặt các đơn vị mắt xích VA trong copolyme sẽ làm giảm hiệu ứng cồng kềnh trong đoạn mạch của sản phẩm. Bên cạnh đó các đoạn mạch VA có thể được coi là tác nhân hóa dẻo làm cho bề mặt của copolyme trở lên linh động hơn.
Từ ảnh FE-SEM bề mặt cắt của copolyme phẳng hơn nhiều so với PVP, điều này cho thấy sự có mặt của các đơn vị VA làm giảm liên kết H của các đơn vị VP giúp bề mặt của copolyme được cải thiện. Bên cạnh đó bản thân các đơn vị VA cũng đóng vai trò là chất hóa dẻo nội làm tăng tính chất dẻo hóa của copolyme.
* Tóm tắt kết quả mục 3.1
- Các thông số điều kiện phản ứng phù hợp cho quá trình tổng hợp VP và VA: nhiệt độ phản ứng 50oC, thời gian phản ứng 240 phút, nồng độ chất khơi mào 2,75%, nồng độ monome 40%.
- Hằng số đồng trùng hợp của VP và VA xác định theo phương pháp Kelen- Tudos là rVP = 5,615, rVA = 0,166.
- Sản phẩm copolyme (VP-VA) có Mw là 51400 g/mol, khối lượng phân tử phân bố tập trung (chỉ số phân tán KLPT PDI = 1,75) tuy nhiên sự sắp xếp trật tự của các đơn vị monome có mức độ luân phiên chưa cao, nhiệt độ thủy tinh hóa của sản phẩm là 96oC, sản phẩm bắt đầu phân hủy tại 267oC .
- Sự có mặt của monome VA (có tính hóa dẻo tốt) giúp bề mặt sản phẩm mịn và tăng độ dãn dài của màng nhưng lại làm giảm độ bền kéo đứt màng.