Hiển vi điện tử truyền qua là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần). Ảnh TEM có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên phim quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Đây là một công cụ rất mạnh trong việc nghiên cứu cấu trúc của vật liệu ở cấp độ Nano. TEM cho phép quan sát chính xác cấu trúc và sự phân bố của các mảnh đất sét ở kích thước nanomét trong nhựa nền, từ đó cho biết cấu trúc của vật liệu nanocomposite với độ phân giải cao.
Dù được phát triển từ lâu, nhưng đến thời điểm hiện tại, TEM vẫn là một công cụ rất hữu dụng và hiện đại trong nghiên cứu về cấu trúc vật rắn, được sử dụng rộng rãi trong vật lý chất rắn, khoa học vật liệu, công nghệ nano, sinh học, hóa học, y học... và vẫn đang trong quá trình phát triển với nhiều tính năng và độ mạnh mới.
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM
3.1. Hóa chất và thiết bị 3.1.1. Hóa chất
- Pentaerythritol, Merck. - Axit stearic, Merck (97%). - Axit oleic, Merck (65 – 88%). - ZnO, Merck.
- Axit para-toluen sulfonic, Merck
- Đất sét thương mại montmorillonite- Na+ N757, Sub- chemie- Pháp. - Silica gel dùng cho sắc kí cột, kích thước 40 – 63 m, Merck. - Acetat etil, Chemsol, Việt Nam.
- Hexan, Chemsol, Việt Nam. - Etanol, Chemsol, Việt Nam.
- Polypropylen sản xuất tại Thái Lan, tỷ trọng 0.94 g/cm3, chỉ số chảy (melt index) 2.3, nhiệt độ nóng chảy khoảng 1600C - 1700C.
- PET chịu nhiệt.
3.1.2. Thiết bị
- Thiết bị tách nước Dean – Steak.
- Bếp khuấy từ điều nhiệt IKA RH Basic KT/C, Đức. - Hệ soxhlet
- Bếp lưới Electromantle MV, Anh
- Cân phân tích 4 số lẻ Explore OHAUS - Mỹ. - Tủ sấy chân không Shelab, Mỹ.
- Máy khuấy cơ IKA RW16 Basic Werke, Đức. - Máy ly tâm Centra CL2.
- Cột sắc ký đường kính 3 cm. - Tủ ủ nhiệt Vanticell- Mỹ.
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
- Máy đùn hai trục Minilab II hiệu Haake (Đức), phòng Hóa Lý Ứng Dụng, bộ môn Hóa Lý, khoa Hóa, trường ĐHKHTN Tp.HCM.
- Máy trộn hai trục hiệu Haake PolyDrive (Đức), phòng Polyme, bộ môn Hóa Lý, khoa Hóa, trường ĐHKHTN Tp.HCM.
- Máy ép phun Minijet II hiệu Haake (Đức), phòng Hóa Lý Ứng Dụng, bộ môn Hóa Lý, khoa Hóa, trường ĐHKHTN Tp.HCM.
- Máy sắc ký lỏng hiệu cao áp HPLC Agilent 1100 (Đức), Trung tâm phân tích, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG Tp.HCM.
- Máy đo phổ hồng ngoại Equinox 55, Trung tâm phân tích, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG Tp.HCM.
- Máy sắc ký lỏng ghép với khối phổ MicroQTOF (Đức), Trung tâm Phân tích, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG Tp.HCM.
- Máy đo giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng TGA Q500 (Mỹ), trường Đại học Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh.
- Máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker AvanceTM 500 (Đức), Viện hóa học và khoa học công nghệ Việt Nam, Hà Nội.
- Máy kéo nén Zwick/Roell (Đức), trường Đại học Cần Thơ, Tp.Cần Thơ. - Máy nhiễu xạ tia X hiệu D8 ADVANCE, Viện dầu khí Petro, Tp.HCM. - Phần mềm Chem Office 2004.
3.2. Thực nghiệm 3.2.1. Tổng hợp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.1.1. Tổng hợp pentaerythritol monostearat
Qui trình tổng hợp pentaerythritol monostearat (PMS) được trình bày trong hình 3.1. Tỉ lệ về số mol tham gia phản ứng của pentaerythritol và axit stearic là 2:1. Sản phẩm tổng hợp sẽ được phân tích bằng các phương pháp phổ hồng ngoại, sắc ký bản mỏng, phương pháp sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS) và phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
Hình 3.1: Qui trình tổng hợp pentaerythritol monostearat
3.2.1.2. Tổng hợp pentaerythritol monooleat
Pentaerythritol monooleat (PMO) được tổng hợp theo qui trình ở hình 3.2. Trong đó, tỉ lệ về số mol tham gia phản ứng của pentaerythritol và axit oleic là 2:1.
Hình 3.2: Qui trình tổng hợp pentaerythritol monooleat
Pentaerythritol Axit oleic
1. Xúc tác
2. Sục khí N2
3. Vừa cho từ từ oleic vào vừa khuấy trộn phản ứng
ở 2000C, 30 phút
Hỗn hợp rắn lỏng
1. Hòa tan trong hexan
2. Lọc bỏ phần rắn
Dung dịch Cô quay loại PO Phân tích
dung môi
Pentaerythritol Axit stearic
1. Xúc tác ZnO
2. Sục khí N2
3. Khuấy trộn đều ở 900C, 10 phút
4. Khuấy trộn phản ứng ở 2000C, 30 phút
Hỗn hợp rắn
1. Hòa tan trong acetat etil
2. Lọc bỏ phần rắn
Chất rắn
Cô quay loại dung môi
Dung dịch
1. Ngâm trong nước (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Lọc lấy chất rắn và sấy khô
PS Phân tích
Chất rắn 1. Ngâm trong hexan 2. Lọc lấy chất rắn
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
Xúc tác dùng trong phản ứng ester hóa tổng giữa Pen và AO là axit para-toluen sulfonic hoặc kẽm oxit. Tương tự như phần tổng hợp PMS, sản phẩm tổng hợp được phân tích bằng phương pháp phổ hồng ngoại, sắc ký bản mỏng, sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.
3.2.1.3. Phân tích sản phẩm tổng hợp
Việc phân tích sản phẩm tổng hợp được thực hiện như sau:
- Phương pháp sắc kí bản mỏng với pha tĩnh là silica gel 60F254 (Merck). Đối với PS, sắc ký bản mỏng được tiến hành với ba hệ giải li gồm hexan-acetat etil (2:1), cloroform-aceton (5:1) và dietil eter-hexan (4:3). Đối với PO, sản phẩm tổng hợp và hỗn hợp monogliceride được so sánh trên cùng một bản mỏng với hệ giải li hexan-acetat etil (2:1). Thuốc thử dùng hiện hình các bản mỏng là dung dịch H2SO4
đậm đặc và sấy ở 1100C.
- Chiết tách PMS, PMO bằng phương pháp sắc ký cột với pha tĩnh silica gel (kích thước 40 – 63 m) và pha động gồm hexan và acetat etil, trong đó tỉ lệ thể tích của acetat etil tăng dần từ 0 – 50%.
- Hòa tan PMS, PDS, PMO trong dung môi CDCl3 để đo cộng hưởng từ hạt nhân (NMR-1H, NMR-13C, NMR-DEPT 90, NMR-DEPT 135).
- Xác định hàm lượng axit béo dư trong sản phẩm tổng hợp bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò chỉ số khúc xạ (RID) dựa trên việc tiêm lần lượt mẫu axit béo và mẫu sản phẩm tổng hợp (PS hoặc PO) vào cột sắc ký C8 với pha động là hệ dung môi A gồm aceton : acetonitrile : HCOOH 0,1% theo tỉ lệ thể tích 40 : 40 : 20.
3.2.2. Biến tính đất sét
3.2.2.1. Biến tính N757 bằng PS
a) Phương pháp không dung môi
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
Qui trình biến tính đất sét N757 bằng PS theo phương pháp khuấy trộn nóng chảy được trình bày trong hình 3.3. Bảng 3.1 liệt kê các mẫu NPS có tỉ lệ khối lượng N757 và PS khác nhau.
Hình 3.3: Qui trình biến tính đất sét N757 bằng PS theo phương pháp khuấy trộn nóng chảy
Bảng 3.1: Tỉ lệ khối lượng N757 và PS trong NPS
Tên mẫu Tỉ lệ khối lượng
N757 PS
NPS13 1 3
NPS15 1 5
NPS17 1 7
NPS110 1 10
a.2- Phương pháp trộn nóng chảy trên máy đùn hai trục Minilab II
Hình 3.4 trình bày qui trình biến tính đất sét N757 bằng PS theo phương pháp trộn nóng chảy trên máy đùn hai trục Minilab II.
Hình 3.4: Qui trình biến tính đất sét bằng PS theo phương pháp trộn nóng chảy trên máy đùn hai trục N757, PS và H2O Trộn sơ bộ bằng cối chày Máy đùn (800C, 30 phút, 100 vòng/phút) Hỗn hợp rắn Ủ nhiệt ở 800C trong 24 giờ MPS PS 1. Đun nóng chảy 2. Cho N757 vào 3. Khuấy từ 24 giờ, 800C 4. Rửa acetat etil 3 lần 5. Sấy khô NPS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
Qui trình biến tính đất sét bằng PS theo phương pháp trộn nóng chảy trên máy đùn hai trục (hình 3.4) gồm ba giai đoạn: trộn sơ bộ bằng cối chày, trộn biến tính trên máy đùn và ủ nhiệt.
Ở giai đoạn trộn sơ bộ bằng cối chày, N757, PS và H2O được phối trộn theo theo những thứ tự khác nhau (bảng 3.2).
Bảng 3.2: Tên mẫu và thứ tự phối trộn khác nhau của các thành phần Tên mẫu N757 : PS : H2O Thứ tự phối trộn các thành phần Trộn trước Trộn sau
MPS1 1 : 0,428 : 1 N757 và nước PS nóng chảy
MPS2 1 : 0,428 : 1 N757 và nước PS rắn
MPS3 1 : 0,428 : 1 N757 và PS rắn Nước
Ở giai đoạn trộn biến tính trên máy đùn hai trục Minilab II, thông số kỹ thuật khi trộn gồm thời gian nạp liệu 5 phút, thời gian trộn 30 phút, trộn ở 800C và tốc độ trộn 100 vòng/phút. Bảng 3.3 liệt kê các mẫu có tỉ lệ khối lượng khác nhau giữa các thành phần N757, PS và nước.
Bảng 3.3: Tỉ lệ khối lượng giữa các thành phần N757, PS và nước trong MPS
Tên mẫu Tỉ lệ khối lượng
N757 PS H2O MPS3 1 0,428 1 MPS4 1 0,428 0,4 MPS5 1 0,428 - MPS6 1 0,642 - MPS6R 1 0,642 - MPS7R 1 0,856 -
Trong các mẫu đã liệt kê ở bảng 3.3, hai mẫu MPS6R và MPS7R sau khi ủ nhiệt (800C trong 24 giờ) được rửa bằng acetat etil ba lần.
a.3- Biến tính đất sét theo cách dùng cối chày nghiền trộn
Hình 3.5 trình bày qui trình biến tính đất sét N757 bằng PS theo cách dùng cối chày nghiền trộn. Qui trình này tương tự như qui trình của tác giả J.Bartels [7]. Tỉ lệ khối lượng giữa các thành phần N757:H2O:PS = 1:1:0,383. Mẫu đất sét biến tính
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
theo cách dùng cối chày nghiền trộn là mẫu đối chiếu, so sánh với các mẫu biến tính theo các phương pháp khác đã liệt kê ở trên. Kí hiệu của mẫu biến tính này là CPS.
Hình 3.5: Qui trình biến tính đất sét N757 bằng PS dùng cối chày nghiền trộn
b) Phương pháp có dung môi
Qui trình biến tính đất sét N757 bằng PS theo phương pháp có dung môi được trình bày trong hình 3.6.
Hình 3.6: Qui trình biến tính N757 bằng PS theo phương pháp có dung môi Dung môi dùng biến tính đất sét là etanol hoặc hỗn hợp etanol : nước = 6:4. Các mẫu đất sét biến tính có tỉ lệ khối lượng N757 và PS khác nhau được liệt kê ở bảng 3.4.
Bảng 3.4: Tỉ lệ khối lượng N757 và PS trong DPS
Tên mẫu Tỉ lệ khối lượng
N757 PS DPS13 1 3 DPS15 1 5 DPS17 1 7 N757 N757 đã trương 1. Cho PS vào 2. Khuấy từ 24 giờ, 800C 3. Loại dung môi 4. Rửa acetat etil 3 lần 5. Sấy khô DPS Trương 24 giờ, 800C
trong dung môi
N757 H2O
Trộn đều bằng cối chày
N757 và nước
1. Nghiền trộn bằng cối chày trong 10 phút (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Ủ nhiệt ở 800C trong 24 giờ
CPS
Luận văn Thạc sĩ Chương 3 : Thực nghiệm
3.2.2.2. Biến tính N757 bằng PO
Qui trình biến tính đất sét N757 bằng PO theo phương pháp khuấy trộn nóng chảy được trình bày trong hình 3.7. Bảng 3.5 liệt kê tỉ lệ khối lượng N757 và PO trong các mẫu đất sét biến tính bằng PO.
Hình 3.7: Qui trình biến tính đất sét N757 bằng PO theo phương pháp khuấy trộn nóng chảy
Bảng 3.5: Tỉ lệ khối lượng N757 và PO trong PON Tên mẫu Tỉ lệ khối lượng
N757 PO PON13 1 3 PON15 1 5 PON17 1 7 PON110 1 10 PON120 1 20