Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi bông sử dụng tác nhân khơi mào (nh4)2s2o8

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ĐỒNG TRÙNG

HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI

BÔNG SỬ DỤNG TÁC NHÂN KHƠI MÀO

(NH4)2S2O8

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 60 44 27

Đà Nẵng – Năm 2012

2

Công trình này được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Mạnh Lục

Phản biện 1:....................................................................

Phản biện 2:....................................................................

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng ngày ……… tháng

……… năm…….

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học sư phạm, Đại học Đà Nẵng

3

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

enlulo là một trong nh ng polysaccarit ph bi n nhất trong

t nhi n. B ng là vật liệu t nhi n có hàm lượng enlulo cao nhất.

enlulo có gi thành thấp, có thể t i sinh, có khả năng ph n h y sinh

học và là vật liệu th h u c nhi u nhất tr n th giới. Với nh ng đ c t nh

tr n, enlulo trở thành một trong nh ng polyme t nhi n phong phú

nhất có vai trò quan trọng trong s ph t triển c c ứng dụng c ng nghiệp

c a c c polyme hiện nay. Tuy nhi n, b n cạnh nh ng ưu th , enlulo

t nhi n cũng tồn tại một số nhược điểm như: t nh chất c l , khả năng

chống chịu t c động c a vi khuẩn, khả năng chống chịu ma s t, khả năng

trao đ i ion và hấp thụ kim loại n ng… còn thấp. Để khắc phục nh ng

nhược điểm này đã có nhi u phư ng ph p được tập trung nghi n cứu

nhằm bi n t nh enlulo t nhi n để tăng cường c c t nh chất l n theo

mong muốn như: tạo li n k t c c ph n tử enlulo với ete ho c este,

ph n h y mạch enlulo và đ c biệt phư ng ph p được quan t m nhất

là tạo nh nh tr n ph n tử enlulo nhờ qu trình đồng trùng hợp ghép.

Bằng phư ng ph p này, cấu trúc elulo t nhi n sẽ chuyển từ dạng

mạch thẳng sang dạng mạch ph n nh nh kèm theo đó là một loạt t nh

năng mới uất hiện, th ng qua đó ta có thể bi n đ i nh ng t nh chất lý,

hóa học ban đầu c a polyme cần l a chọn mà kh ng làm thay đ i bất kể

t nh chất kh c nhằm mở rộng khả năng sử dụng, cải thiện một số t nh

chất mà enlulo t nhi n chưa đ p ứng được.

Phư ng ph p bi n t nh enlulo t nhi n bằng qu trình đồng

trùng hợp ghép sử dụng chất kh i mào hóa học đã và đang được c c nhà

nghi n cứu đ c biệt quan t m. Để ti n hành qu trình ghép cần phải chọn

một hệ kh i mào phù hợp và mang lại hiệu quả ghép cao. Trong số c c

4

chất kh i mào sử dụng thì (NH4)2S2O8 là t c nh n dễ ki m, rẻ ti n và phù

hợp nhất với mục ti u đ t ra là tạo sản phẩm ghép có gi thành hạ.

Vì vậy, chúng t i chọn đ tài: “ Nghiên cứu phản ứng đồng

trùng hợp ghép axit acrylíc ên ợi ng ng t c nh n h i

(NH4)2S2O8 ” làm luận văn thạc sĩ.

2. Mục đích nghiên cứu

Tìm ra c c đi u kiện tối ưu cho qu trình đồng trùng hợp ghép

axit acrylic l n sợi b ng

3. Đối tƣợng nghiên cứu

Nghi n cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylíc l n sợi

b ng vải và b ng gòn bằng t c nh n kh i mào amonipesunfat.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lí thuyết

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

5. Ý nghĩa khoa học đề tài

+ Tài liệu tham khảo cho c c nghi n cứu ti p theo v sợi b ng

+ Các copolyme ghép nhận được có c c t nh chất mới phụ thuộc

vào đi u kiện ti n hành, c ch thức kh i mào… có khả năng ứng dụng

cho việc gi nước, hấp phụ trao đ i ion.

6. Cấu trúc luận văn gồm các phần

Ngoài phần mở đầu, k t luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong

b o c o luận văn gồm 3 chư ng như sau:

Chương 1: T ng quan

Chương 2: Th c nghiệm

Chương 3: K t quả và thảo luận

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. CÂY BÔNG

1.1.1. Cây bông vải

5

1.1.2. Cây bông gòn

1.2. SỢI THỰC VẬT

1.2.1. Thành phần hóa học của sợi thực vật

1.2.2. Cấu tạo phân tử xenlulozơ

1.2.3. Mức đ kết tinh khả năng tiếp cận và phản ứng của xenlulozơ

1.3. XỬ LÝ SỢI THỰC VẬT B NG PHƢƠNG PHÁP H A HỌC

1.3.1. Xử lý sợi b ng dung dịch kiềm

1.3.2. Xử lý sợi b ng axit

1.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt đ đến quá trình xử lý sợi thực vật

1.3.4. Ảnh hƣởng của tác nhân OXH đến quá trình xử lý sợi thực vật

1.4. TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP

1.4.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đồng trùng hợp ghép

1.4.2. Các đ c tính của copolyme ghép

1.4.3. Đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên xenlulozơ khơi mào

b ng APS

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. NGUYÊN LIỆU DỤNG CỤ VÀ HOÁ CHẤT

2.1.1. Nguyên liệu

2.1.2. Hóa chất

2.1.3. Dụng cụ và thiết bị

2.2. PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH

2.2.1. Xử lý sợi bông

2.2.2. Tiến hành đồng trùng hợp ghép

2.2.3. Các yếu tố cần khảo sát trong quá trình đồng trùng hợp ghép

2.2.4. Xác định đ chuyển hóa b ng phƣơng pháp chuẩn đ nối đôi

2.2.5. Chứng minh sự tồn tại của sản phẩm ghép

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. SỢI BÔNG

6

3.1.1. Nguyên liệu

3.1.2. Ảnh SEM của sợi bông vải và bông gòn ban đầu

Hình 3.1. Ảnh SEM của sợi bông vải ban đầu

Hình 3.2. Ảnh SEM của sợi bông gòn ban đầu

3.1.3. Phổ hồng ngoại của sợi xơ bông vải và bông gòn

Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của sợi bông vải ban đầu

7

Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của sợi bông gòn ban đầu

3.1.3. Phổ phân tích nhiệt vi sai của sợi bông vải và bông gòn

3.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ

SỢI

3.2.1. Xử lý sợi b ng dung dịch H2SO4

3.2.1.1. Ảnh hưởng nồng độ H2SO4

: Thời gian 2 giờ; nhiệt độ 300C; tỉ lệ rắn/lỏng (R/L) =1/50 (g/ml),

nồng đ H2SO4 thay đổi từ 0 2



2,5 (%).

Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến % bị tách loại

A it có khả năng hòa tan một lượng tạp chất lẫn trong sợi b ng

và cũng trong m i trường này hemi enlul dễ dàng bị th y ph n và

ph n t n trong nước. Ngoài ra, a it có t c dụng làm đứt c c li n k t

a etal gi a nhóm chức c a lignin với nhóm hidro yl c a enlulo . Qua

th c nghiệm chúng t i nhận thấy tại H2SO4 có nồng độ là 1% thì cho

phần trăm t ch loại tốt nhất.

3.2.1.2. Ảnh hưởng thời gian x í đến % t ch ại Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến % bị tách loại

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Nồng độ H2SO4 (%)

Phần trăm bị tách loại (%)

8

Nhiệt độ 300C; tỉ lệ rắn/lỏng (R/L) =1/50 (g/ml), nồng độ H2SO4

1 %; Tiến hành ngâm trong các khoảng thời gian từ 1 giờ



3 giờ

Hình 3.8. Ảnh hưởng thời gian xử lí đến % bị tách loại

Khi ng m sợi b ng trong dung dịch H2SO4 với thời gian dài thì

lượng tạp chất bị k t d nh trong sợi b ng dễ dàng được t ch ra và được

t ch ra nhi u h n, khả năng th y ph n hemi enlulo cũng tăng l n..

D a vào đồ thị hình 3.8 chúng t i chọn thời gian ng m trong H2SO4 là 2

giờ để khảo s t c c đi u kiện ti p theo.

3.2.1.3. Ảnh hưởng nhiệt độ x í đến % ị t ch ại

Thời gian 2 giờ; nồng độ H2SO4 1 %; tỉ lệ rắn/lỏng (R/L) =1/50

(g/ml), nhiệt độ ng tr ng ung ịch H2SO4 thay đổi từ 30



800C

Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí đến % bị tách loại

Ảnh hưởng thời gian xử lí trong dung dịch H2SO4

đến % bị tách loại

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4

Thời gian (giờ)

Phần trăm bị tách loại (%) Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí trong dung dịch H2SO4

đến % bị tách loại

3

4

5

6

7

8

0 20 40 60 80

Nhiệt độ (0C)

Phần trăm bị tách loại (%)

9

Nhiệt độ ảnh hưởng nhi u đ n phần trăm bị t ch loại, khi tăng

nhiệt độ ng m thì phần trăm bị t ch loại cũng tăng l n. D a vào đồ thị

hình 3.9 chúng t i chọn nhiệt độ ử l trong H2SO4 để khảo s t là 500C.

3.2.2. Xử lí sợi bông b ng dung dịch NaOH

3.2.2.1. Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến % ị t ch ại

Nhiệt độ 300C; thời gian ng m 6 giờ; tỉ lệ rắn/lỏng = 1/50 (g/ml);

dung dịch NaOH có nồng đ thay đổi từ 0 1



1,0N

Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến % bị tách loại

Tạp chất bị t ch ra càng nhi u khi nồng độ NaOH càng tăng.

Trong thành phần sợi b ng ngoài enlulo còn có c c chất có cấu tạo vô

định hình, và dễ bị tr ch như ligin, pectin, c c chất tr ch ly… Theo đồ thị

hình 3.10, tại NaOH có nồng độ 0,7N cho phần trăm t ch loại tốt nhất.

3.2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ x í tới % ị t ch ại

Nồng độ dung dịch NaOH 0,7 N; thời gian ng m 6 giờ; tỉ lệ

rắn/lỏng = 1/50 (g/ml); nhiệt đ thay đổi từ 30



800C

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí tới % bị tách loại Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến % bị tách loại

0

5

10

15

20

25

0 0.5 1 1.5

Nồng độ NaOH

Phần trăm bị tách loại (%)

Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí trong NaOH đến % bị

tách loại

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Nhiệt độ (0C)

Phần trăm bị tách loại (%)

10

Lượng tạp chất bị t ch ra càng nhi u khi nhiệt độ càng tăng.

Đi u này có thể được giải th ch như sau: dưới t c dụng c a nhiệt độ thì

qu trình hòa tan c c tạp chất s p, v c và c c hemi enlulo , có độ

trùng hợp thấp càng nhanh. Trong qu trình ử lý sợi bằng ki m, ở nhiệt

độ cao, một phần lớn li n k t ete

 - aryl bị ph n h y dẫn đ n tăng khả

năng hòa tan c c chất trong qu trình ử l sợi. Dưới t c dụng c a nhiệt

sẽ làm bẻ gãy đ ng kể c c li n k t ete ở

C

mạch hở và ở

C

, phân chia

lignin thành c c phần nhỏ h n. Nhiệt độ ng m th ch hợp là 500C.

3.2.2.3. Ảnh hưởng thời gian x í đến phần tră ị t ch ại

Nồng độ dung dịch NaOH 0,7 N; nhiệt độ ng m 500C; tỉ lệ

rắn/lỏng = 1/50 (g/ml); thời gian ng thay đổi từ 2 giờ



8 giờ.

Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian xử lí tới % bị tách loại

Lượng tạp chất bị t ch ra càng nhi u khi tăng thời gian ng m

trong NaOH. Tuy nhi n, n u tăng đ n một giới hạn nào đó thì lượng tạp

chất bị t ch ra giảm nhưng giảm kh ng đ ng kể. Cụ thể theo đồ thị hình

3.12 tại thời gian ng m 6 giờ thì cho phần trăm t ch loại tốt nhất.

3.2.2.4 . Ảnh hưởng của H2O2 đến % ị t ch ại

Ng m sợi b ng kh , đã được cắt nhỏ trong hỗn hợp dung dịch

NaOH + H2O2, với H2O2 có gi trị nồng độ thay đổi, n định c c đi u

kiện: Nồng độ dung dịch NaOH 0,7 N; nhiệt độ ngâm 500C; tỉ lệ rắn/lỏng

= 1/50 (g/ml); thời gian ng m 6 giờ.

Ảnh hưởng thời gian xử lí trong NaOH đến % bị tách

loại

19

19.5

20

20.5

21

0 2 4 6 8 10

Thời gian (giờ)

Phần trăm bị tách loại (%)

11

Hình 3.13. Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến % bị tách loại

Khi lượng H2O2 tăng l n thì phần trăm bị t ch loại sẽ tăng l n.

Đi u này có thể được giải th ch như sau: Do trong m i trường ki m,

H2O2 có khả năng o i hóa lignin, c c sản phẩm c a qu trình này bị hòa

tan trong dung dịch ki m dẫn đ n phần trăm t ch loại sẽ tăng l n. Tuy

nhi n n u hàm lượng H2O2 trong dung dịch qu cao thì nó có thể làm

ph n h y mạch enlulo . Lượng H2O2 trong dung dịch cho khả năng

t ch loại tốt nhất là 0,4.10-3 M.

3.2.3. Xử lý sợi bông vải qua 2 giai đoạn

Phƣơng pháp xử lý sợi % bị tách loại

ử l hai giai đoạn H2SO4 1% và NaOH 0,7N 23,5

ử l hai giai đoạn H2SO41% và NaOH 0,7N+

H2O2 (0,4.10-3M)

25,7

3.2.4. Đ c tính hoá lý của sợi bông vải và bông gòn sau xử lý

Hình 3.14. Sợi bông vải và bông gòn sau khi xử lý qua 2 giai đoạn

Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến % bị tách loại

20

20.5

21

21.5

22

22.5

23

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Nồng độ H2O2 (10-3 M)

Phần trăm bị tách loại (%)