bài 1 thí nghiệm ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Trang 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN ĐỀ VẬT LIỆU HỮU CƠ
BÀI 1:
NHẬN BIẾT PLASTIC THÔNG DỤNG VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ NHỚT
GVHD: TS PHAN VŨ HOÀNG GIANG
Ngày thí nghiệm:
Nhóm 01
HỌC KỲ I – NĂM HỌC 2022-2023
Trang 2I NHẬN DẠNG MỘT SỐ LOẠI POLYMER THÔNG DỤNG
- Sử dụng biểu đồ nhận dạng các loại plastic thông dụng (plastics identification chart) và các dung dịch có khối lượng riêng phù hợp (ví dụ: nước d=1.00 g/cm3,ethanol 43% d=0,93 g/cm3, CaCl2 32% d=1,3 g/cm3, .) để định danh các mẫu plastic được giao trong buổi thí nghiệm Khi thực hiện cần lưu ý là biểu
đồ này được xây dựng dựa trên những đặc tính chung nhất khi quan sát vật liệu, các chất phụ gia, chất màu và các yếu tố khác có thể làm thay đổi thông tin nhận được
Lưu ý:
- Cần cẩn thận khi tiến hành nhận dạng loại plastic bằng phương pháp đốt mẫu
vì mùi tạo ra thường khó chịu và có thể gây hại
- Khi đốt mẫu, chỉ đốt một ít ở góc mẫu, phải sử dụng đĩa petri để hứng giọt chảy (nếu có) và muội than
TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
Hình 1.1 Các mẫu nhựa thực nghiệm.
Mẫu thử: bao gồm 3 mẫu nhựa (đã cắt thành miếng nhỏ)
- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để dự đoán phân loại tạm thời Tiến hành đốt trực tiếp, quan sát hiện tượngkhi cháy
Mẫu 1 :
MẪU 3
Trang 3- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân loại tạm thời mẫu nhựa
- Tiến hành đốt trực tiếp và quan sát hiện tượng khi cháy Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm
ra thành chất lỏng khi được đốt bằng ngọn lửa đèn cồn và đóng rắn lại khi làm nguội
=> Vậy mẫu 1 có thể là nhựa nhiệt dẻo
- Thả mẫu nhựa 1 trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu chìm trong nước => mẫu 1 không phải
là polyolefins
- Mà khi đốt lên mẫu 1 cháy nhanh, cho đầu ngọn lửa màu vàng và xuất hiện vệt màu đen khi đưa ra xa ngọn lửa
=> Từ các dữ kiện trên có thể kết luận mẫu 1 là PET
Hình 1.2 Mẫu nhựa số 1
A Mẫu ban đầu; B Mẫu khi thả xuống nước;
C Mẫu sau khi đốt
Mẫu 2 :
- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân loại tạm thời mẫu nhựa
- Tiến hành đốt trực tiếp và quan sát hiện tượng khi cháy Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm
ra thành chất lỏng khi được đốt bằng ngọn lửa đèn cồn và đóng rắn lại khi làm nguội
=> Vậy mẫu 2 có thể là nhựa nhiệt dẻo
- Thả mẫu nhựa 2 trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu 2 nổi trong nước => mẫu 2 là
polyolefins
=> Mà khi đốt lên mẫu 2 cháy chậm, tiếp tục cháy khi đưa ra xa cho đầu ngọn lửa màu vàng
=> Từ các dữ kiện trên có thể kết luận mẫu 2 là PP
Trang 4Hình 1.3 Mẫu nhựa số 2
A Mẫu ban đầu; B Mẫu khi thả xuống nước;
C Mẫu sau khi đốt
Mẫu 3 :
- Dùng phương pháp ngọn lửa trước kết hợp với đọc Plastics Identification Chart để phân loại tạm thời mẫu nhựa
- Tiến hành đốt trực tiếp và quan sát hiện tượng khi cháy Ta thấy mẫu nhựa chảy mềm
ra thành chất lỏng khi được đốt bằng ngọn lửa đèn cồn và đóng rắn lại khi làm nguội
=> Vậy mẫu 3 có thể là nhựa nhiệt dẻo
- Thả mẫu nhựa 3 trực tiếp vào nước, ta thấy mẫu 3 nổi trong nước => mẫu 3 là
polyolefins
- Mà khi đốt lên mẫu 3 cháy nhanh, tiếp tục cháy khi đưa ra xa cho đầu ngọn lửa màu vàng
=> Từ các dữ kiện trên có thể kết luận mẫu 3 là PE
Hình 1.4 Mẫu nhựa số 3
A Mẫu ban đầu; B Mẫu khi thả xuống nước;
C Mẫu sau khi đốt
Kết luận:
Trang 5Mẫu 1 2 3
Phân
loại PET PP PE
II XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ĐO ĐỘ NHỚT
Độ nhớt tương đối:
Trong đó ŋ, t và ŋo , to lần lượt là độ nhớt và thời gian chảy trong nhớt kế của dung
Khối lượng phân tử Poly(vinyl alcohol) (PVA) áp dụng theo phương trình
Mark-Houwink:
[ŋ] = K𝑀̅a
Trong đó: K= 2,0x10-4 dL/g, a = 0,76 (cho hệ PVA/nước)
Độ nhớt đặc trưng:
III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Sau khi đo độ nhớt của dung môi (nước) với thời gian chảy là 229 (s)
_ Ta lần lượt đo thời gian chảy của PVA ứng với nồng độ 0,25; 0,50; 0,75; 1,00 g/ dL
Ta có: kết quả thực nghiệm:
C
(g/dL)
0 (mẫu trắng)
Trang 6t3 (s) 233 264 391 464 572
Ta có bảng số liệu sau:
C (g/dL)
0
Từ bảng
số liệu trên, theo
ŋ sp
C và C của hệ
PVA nước ta có biểu đồ:
Từ giản đồ ta được phương trình y = 1.0192x + 0.5135 với R² = 0.7162
Trong đó y là ŋ sp C và x là C
Dung phương pháp ngoại suy,
Ta có: x = 0 → y = 0,7162 = [ŋ]
Lại có: [ŋ] = K(MPVA)a
↔ 0,7162 = 2,0 x 10-4 x (MPVA)0,76
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
f(x) = 1.02 x + 0.51
R² = 0.72
Giản đồ ŋ𝐬𝐩/𝑪 và C của hệ 𝐏𝐕𝐀/𝒏ướ𝒄 và C của hệ 𝐏𝐕𝐀/𝒏ướ𝒄 ớ𝒄ư
Trang 7↔ MPVA = 47459.31603
Vậy: Khối lượng phân tử trung bình nhớt của mẫu polymer là 47459.31603 g/mol
IV TRẢ LỜI CÂU HỎI:
Câu 1: Hãy trình bày cách nhận biết các loại plastic được thực hiện trong buổi thí nghiệm bằng phương pháp tỷ trọng và phương pháp ngọn lửa.
Phương pháp ngọn lửa: ở phương pháp này, ta quan sát được các tính chất khi đốt vật liệu dưới ngọn lửa, là: khả năng duy trì sự cháy và màu sắc ngọn lửa, mùi, tốc độ cháy, nhỏ giọt hay không và một số tính chất đặc trưng khác Sử dụng biểu đồ nhận dạng một số loại plastic thông dụng (Plastic Indentification Chart) để xác định màu sắc ngọn lửa của từng loại nhựa
Phương pháp tỷ trọng: tỷ trọng d là tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất với khối lượng riêng của một chất tham chiếu (chất tham chiếu trong thí nghiệm là nước) Trong phương pháp này ta sẽ dựa trên sự chênh lệch khối lượng riêng của polymer và nước (≈ 1 g/L), nếu khối lượng riêng của polymer nhỏ hơn 1 g/L thì vật liệu sẽ nổi, ngược lại, nếu khối lượng riêng của polymer lớn hơn 1 g/L vật liệu sẽ chìm Dựa theo bảng khối lượng riêng của một số loại polymer:
Polyme r
Khối lượng riêng (g/mL)
Trang 8Câu 2: Tại sao nhựa PA sủi bọt khi cháy và có khả năng tự dập tắt ngọn lửa?
- Nhựa polyamide (PA) có các nhóm chức đặc trưng dùng để liên kết các monomer là liên kết:
nên có khả năng hút ẩm Trong không khí luôn có hơi ẩm, nên các phân tử nước dễ dàng len lõi vào các mạch polymer Các phân tử nước được hấp thụ nằm xen kẽ bên trong các mạch phân tử sẽ nhận nhiệt lượng và giãn
nở làm tăng thể tích, thoát ra ngoài dưới dạng hơi tạo thành bọt
- Các loại nhựa PA tạo từ các nguyên tố C, H, O, N Khi bị đốt thông thường sẽ tạo ra khí CO2, H2O, N2 và các hợp chất khác Với lượng khí trơ như CO2, N2,… đòi hỏi lượng lớn O2 để duy trì sự cháy Vì thế PA có thể dễ dàng tự dập tắt lửa
Câu 3: Tại sao nhựa PET có nhiệt độ nóng chảy khoảng 255-260oC nhưng ly nhựa PET lại không thể chịu được nước nóng 80oC, trong khi
đó PP có nhiệt độ nóng chảy chỉ khoảng 165-170oC nhưng ly nhựa PP lại chịu được nước sôi 100 o C?
Vì ly nhựa PET phần lớn là chất rắn vô định hình nên khi nhiệt độ trên
ta cho nó làm lạnh từ từ chuyển sang trạng thái kết tinh thì nó sẽ chịu
nhựa PP là kết tinh isotactic nên có độ bền cơ lý cao chịu được nhiệt độ nước sôi
Câu 4: Chỉ số chảy MFI của plastic là gì?
- Ta có: chỉ số chảy MFI được viết tắt từ Melt Flow Index Là chỉ số dùng để xác định đặc tính dỏng chảy của vật liệu tại nhiệt độ và áp suất nhất định
Trang 9- Chỉ số chảy (MFI) hoặc MI là số gam nhựa nhiệt dẻo đùn được trong thời gian 10 phút ở điều kiện chuẩn, định bằng nhớt kế mao quản áp suất không đổi Chỉ số nóng chảy thể hiện tính lưu động của nhựa nhiệt đẻo ở trạng thái nóng chảy tại nhiệt độ và áp không đổi Chỉ số nóng chảy càng lớn thì khối lượng phân tử nhỏ khả năng lưu động càng cao
và dễ gia công
- Khi chạy nhựa HDPE trên máy ép phun, MFI yêu cầu thường cao, vì ép phun thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có nhiều chi tiết phức tạp, ví dụ như két bia Còn đối với máy ép đùn, chỉ số MFI không cần quá cao
- Giá trị MI phù hợp của HDPE cho gia công các sản phẩm của:
o Ống nhựa HDPE:
45GP00 4
0,45 g/10 min 46GP00
3
0,30 g/10 min 46GP00
9
0,90 g/10 min
o Chai nhựa HDPE: MI = 3,90 g/10 min
o Két bia HDPE: MI = 1,20 g/10 min
Câu 5: Tại sao để đặc trưng cho khối lượng phân tử của nhựa PET lại sử dụng giá trị độ nhớt đặc trưng (IV) mà không sử dụng MI, hãy nêu ứng dụng cụ thể của nhựa PET theo các giá trị IV khác.
Đơn vị độ nhớt đặc trưng IV:
- Ta có độ nhớt tương đối:
Độ nhớt tương đối là tỷ số của độ nhớt dung dịch polymer và độ nhớt dung môi Khi khảo sát với nồng độ chất tan thấp thì độ nhớt tương đối còn được
Trang 10tính bằng thời gian dung dịch polymer đi qua một thể tích chia cho thời gian dung môi đi qua một thể tích tương tự => Độ nhớt tương đối không có đơn vị
- Quy ước rằng:
- Như vậy, độ nhớt đặc trưng được thể hiện bằng công thức:
- Vì độ nhớt ηspec không có đơn vị, nên đơn vị của độ nhớt đặc trưng phụspec không có đơn vị, nên đơn vị của độ nhớt đặc trưng phụ thuộc vào nồng độ C, nồng độ ở đây được tính bằng đơn bị g/dL, suy ra đơn vị của IVphải là dL/g
Trong đó:
t: thời gian chảy trung bình của dung dịch (s)
t0: thời gian chảy trung bình của dung môi
(s) C: nồng độ dung dịch polymer (dL/g)
→ Nhựa PET nhiệt độ nóng chảy lớn nên dùng MI khó, đo không phù hợp, nên phải đo bằng IV Dùng IV đặc trưng cho khối lượng phân tử, độ nhớt lớn khối lượng phân tử cao Tùy thuộc vào từng sản phẩm mà ta sẽ chọn loại nhựa PET
có giá trị IV phù hợp để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất
- Chai chứa nước: không cần độ bền cao như đối với chai có gas, độ bền chỉ cần giữ để chai luôn ổn định, giá trị IVthích hợp từ 0,78 đến 0,8 dL/g
- Chai nước có gas (CSD): nhựa phải có độ bền cao để có thể chịu được ứng suất nội do carbon dioxide gây ra, mà không gây ra biến dạng, nổ Loại nhựa thích hợp là loại có IVcao khoảng từ 0,8 đến 0,82 dL/g và mức copolymer thấp
- Chai bia: cần những tính chất tương tự như chai nước ngọt có gas, nhưng yêu cầu cao hơn, chịu được nhiệt độ trong quá trình chiết rót nóng, tiệt trùng, tính che chắn cao hơn (độ thẩm thấu khí oxy, carbon dioxide thấp
Trang 11hơn), mức đòi hỏi tùy thuộc vào loại bia, kích thước chai, điều kiện môi trường (hạn sử dụng, nhiệt độ, độ ẩm) Có thể cải thiện tính che chắn bằng màng phủ hoặc tạo chai nhiều lớp Giá trị IV thích hợp khoảng ≥ 0,89 dL/g
Câu 7: Hãy tự tra cứu tài liệu hằng số Mark – Houwink của cặp polymer/ dung môi polystyrene/tetrahydrofuran, sau đó xác định khối lượng phân
tử trung bình nhớt của PS theo số liệu cho ở bảng dưới.
Ta có:
Trong đó:
[ηspec không có đơn vị, nên đơn vị của độ nhớt đặc trưng phụ]: độ nhớt đặc trưng của polymer, dL/g
MV: phân tử lượng trung bình của polymer tính theo độ nhớt, g/mol
K, a: hằng số phụ thuộc vào bản chất của polymer và dung môi
Hằng số Mark – Houwink của cặp polymer/dung môi
polystyrene/tetrahydrofuran, có giá trị như sau:
K = 0,00016
a = 0,700
Trang 1212
