Kết quả vật liệu hút nước giữ ẩm từ ACID ACRYLIC và CELLULOSE

Kết quả vật liệu hút nước giữ ẩm từ ACID ACRYLIC và CELLULOSE

CHUONG IH - KẾT QUÁ 3.1 Vật Hiện PAA/DEGDAA

3.1.2 Ảnh hưởng liên kết ngang đến độ hút nước

Để chọn được lượng liên kết ngang phù hợp, chúng tôi kháo sát ảnh hưởng lượng

liên kết ngang DEGDAA đến khả năng hút nước trong phần Ứng tổng hợp vật liệu

PAA/DEGDAA Kết quả thu được khi thay đổi lượng liên kết ngang trong các thí nghiệm theo sơ đỗ phản ứng 2.1 như sau:

Bảng 3.2: Lượng liên kết ngang và khả năng hút nước

Luân vấn Thạc sĩ Hoá học

Điều đó chúng ta có thể giải thích như sau: Lượng liên kết ngang tăng từ từ đến 0.1g, khả năng tạo cấu trúc không gian của polymer càng nhiều, do đó khả năng hút nước của vật liệu tăng đần lên đến 755 lần Khi DEGDAA lớn hơn 0.1g, khả năng hút nước giảm do có nhiều liên kết ngang nên cấu trúc không gian chặt và cứng nhắc làm giảm khả năng hút nước của vật liệu Do đó chúng tôi chọn lượng liên kết ngang đủ để tạo cấu trúc không gian cho vật liệu là 0.1g DEGDAA

Luận văn Thạc sĩ Hoá học

3.1.3 Ảnh hưởng Hiên kết ngang đến thời gian phân huỷ cấu trúc

Từ các sản phẩm PAA-DEGDAA tổng hợp được trong quá trình khảo sát lượng

liên kết ngang trong vật liệu, chúng tôi tến hành khảo sát thời gian phân hủy cấu trúc cúa vật liệu để đánh giá ảnh hưởng của liên kết ngang đến độ bền cấu trúc PAA/DEGDAA khi đã hút nước Kết quả theo đối thu được theo báng 3.3:

Bảng 3.3: Lượng liên kết ngang và thời gian phân huỷ cấu trúc

(-): Phân hủy hoàn toàn; (+) phân húy một phần; (++): chưa phân húy

Từ kết quả theo dõi bang 3.3 cho thấy: 0g DEG-DAA sản phẩm trương lên sau đó

tan trong ngày, liều lượng 0.05g DEODAA cũng nhanh phân huỷ vì cấu trúc không gian chưa chặt chẽ và 0.1g DEGDAA trở lên cấu trúc vật liệu bat đầu chặt dẫn nên khả năng phân húy tăng theo thời gian Vì vậy, để tổng hợp các loại vật liệu vừa có khả năng hút nước cao, vừa có thời gian phân hủy chậm chúng tôi chọn lượng liên kết ngang DEG- DAA tối ưu là 0.1 g

3.2 Vat liéu PAA-Cel-DEGDAA

Phé IR cha cellulose, cellulose ty ba mia vA vat lig@u PAA-Cell-DEGDAA có

nhiều mũi có tần số dao động giống nhau, rất đặc trưng như —OH, -CH, -CH), -C-O Tuy

nhiên trong phổ vật liệu PAA-CeIi-DEGDAA tổng hợp được có sự hiện điện của mũi

1567cm ! đó là mũi đặc trưng của ion carboxylat và các rnañi -CH, -CH¿, -C-O bend có

sự dịch chuyển tần số dao động rất khác biệt so với phố ctia cellulose va cellulose tif ba mía Điều đó cho thấy có sự hiện điện nhóm carboxylic cha AA khí khép giữa AA- Cellulose -DEGDAA

Phổ NMR:? 106

Để có thể giải thích được cơ chế của phần ứng ghép ÀA vào celiulose, chúng tôi lấy lg bột vật liệu PAA-Cell-DEGDAA đã tổng hợp theo sơ đồ 2.3 với thành phần : cellulose: lốp; AA: l0g, có độ hấp thụ nước 254g/e cho trương trong 250ml dụng dich NaOH 0.1M để thủy phân các liên kết ngang DEGDAA trong vật liệu Cho vào hôn hợp sau phần ứng 100mi acetone, phan cellulose ghép AA 6 dang muối acrylat phân cực manh nên không tan Lọc thu được cellulose ghép đem rửa 3 lần với 20 mi dung

Luận văn Thạc sĩ Hoá học

dich H,O-aceton!'"! (50:50) say khé va nghién min San phẩm thu được có khả năng tan

i phan trong dung dich NaOH 5-10% nên chúng tôi có thể chạy NMR với dung môi NaOD 5-10%, Mẫu bột cellulose có một số cellulose va hemicellulose mach ngắn nên cũng tan được trong NaOD 5-10%,

Bang 3.5: Phd 'H cia cellulose va PAA-Cell-DEGDAA (Phụ lạc 6+7)

_ Â(ppm) _ Vị trí ð(ppm) Vị trí

| 3.07-4.32 | H —trén mach cellulose 3.1-4.34 | H —trénm mach cellulose

| | 17-203 | H trén mach PAA phat trién

1,16-1,5 mach sau khi ghép

Bang 3.6: Phé °C cia cellulose va PAA-Cell-DEGDAA (Phu luc 8 +9)

Luận văn Thạc Sĩ Hoá học

Trong bảng 3.6 cho thấy các vị tri carbon từ C¡ đến C, (C;) trên vòng pyranose (furanose) của cellulose và PAA-Cell-DEGDAA có sự thay đổi độ dịch chuyển không đáng kể đối với 2 mũi đặc trưng cho vòng pyranose (furanose) là carbon cetal C¡ và carbon nhat cap Cy (Cs) Trong copolymer ghép PAA-Cell-DEGDAA có thêm các peak: 6=185.07 ppm ứng với nhóm —COO' của AA, ð=59.23 ppm va 6=40.65 ppm ứng với nhóm O - CHỊ; và C - CHl !”!!!!_ Sự xuất hiện nhóm O - CHạ cho thấy monomer AA gắn trực tiếp vào vị trí của -OH trên mạch cellulose (tạo gốc tự do trên oxy) Trong phổ

'$C của PAA-Cell-DEGDAA không thấy sự hiện diện của bất kỳ peak nào ứng với độ

dịch chuyển của nhóm aldehyde và ketone (ð> 190 ppm), do đó trong quá trình ghép không xảy ra các phản ứng mở vòng pyranose (furanose) như một số tác giá dé nghị

> Hinh SEM:

en a - -.- Là

Hình SEM 3.1 1a hinh anh cua cellulose tv ba mia, cho thấy rõ cấu trúc sợi riêng biệt và bị đứt quãng Hình SEM 3.2 mẫu PAA-Cell-DEGDAA dùng Ce(SOu); để ghép

AA thì không còn thấy sự hiện diện của cấu trúc sợi riêng biệt mà là vật liệu đồng nhất

Luận văn Thạc sĩ Hoá học

có nhiều cấu trúc không gian Điều đó cho thấy vật liệu đã hình thành cấu trúc không gian liên tục do ghép của AA, DEGDAA, Cellulose

Dựa vào các kết quả phân tích trên chúng tôi thấy rằng:

- Monomer AA đã được ghép nhiều vào mạch cellulose tạo nên cấu trúc bền vững cho

vật liệu PAA-Cell-DEGDAA

- Phản ứng ghép AA vào cellulose xảy ra do gốc tự do được tạo trên oxy của vị trí — CH;- OH trên cellulose nên không xảy ra phản ứng mở vòng pyranose và phản ứng ghép không xây ra tại các vị trí carbon trên sườn cellulose như một số tác giả để nghị!!9H!!, Phản ứng có thể xây ra theo cơ chế sau:

3.2.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

3.2.2.1 Lượng cellulose ảnh hưởng đến khả năng hút nước:

Các phan ứng khảo sát được thực hiện theo sơ đồ 2.3:

Lượng cellulose: 0; 4; 8; 12; 16, 20g 4ml dung dịch Ce(SO¿); 0.1M trong HạSO¿ IM; AA: 10g,

DEGDAA: 0.1g (lượng tối ưu trong tổng hợp PAA-DEGDAA)

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của cellulose đến khả năng hút nước

Luân văn Thạc sĩ Hoá học

khả năng hút nước cao Từ thí nghiệm 2 đến thí nghiệm 6 khi tang lwong cellulose kha năng hút nước giảm do các ion cerium tạo các gốc tự đo trên mạch cellulose nên xẩy ra phản ứng ghép cùng với phản ứng tạo cấu trúc không gian, mà trong đó bản thân cellulose vừa là polymer nền để ghép và vừa đóng vai trò liên kết ngang nên cấu trúc không gian của vật liệu giảm dẫn nên khả năng hút nước của vật liệu tạo thành giảm 3.2.2.2 Ảnh hưởng của lượng cellulose đến thời gian phân hủy cấu trúc:

Bảng 3.7: Ảnh hưởng lượng cellulose đến thời gian phân hủy cấu trúc vật liệu

(-): Phân hủy hoàn toàn; (+) phân húy một phần; (++): chưa phân hủy

Nhận xét: Khi tăng hàm lượng celulose khả năng hút nước của sản phẩm giảm, nhưng thời gian phân húy cấu trúc tăng lên rất nhiều so với không có cellulose, Kết quả trên cho thay Luong cellulose đóng vai trò rất quan trọng trong việc làm tăng độ bên cấu trúc của copolymer tao thanh Đối với thí nghiệm 1 không có cellulose (ở cùng điển 4 copol

Luân văn Thạc sĩ Hoá học

kiện tổng hợp) thời gian phân huỷ cấu trúc chưa đến 10 ngày vì trong thành phần sẵn phẩm chỉ có DEGDAA đóng vai trò liên kết ngang Ở các thí nghiệm có cellulose, celulose vừa đóng vai trò là polymer nền để ghép monomer AA vừa đóng vai trò liên kết ngang nên cấu trúc của vật liệu chặt chế hơn, do đó thời gian phân hủy cấu trúc xây

ra chậm hơn Kết quả này hoàn toàn phù hợp với phân tích kết quả phổ cũng như hình SEM đã chụp được sau khi tổng hợp vật liệu,

Với mục tiêu tổng hợp sản phẩm dùng trong nông nghiệp nên giá thành rẻ, có khá năng hút nước tương đối cao vì vậy chúng tôi chọn lượng cellulose là l6g/10g AA (thí nghiệm 5) để khảo sát thêm

3.2.2.3 Ảnh hướng chất khơi mào gốc tự do đến độ hút nước và thời gian đóng ran

Trong các phản ứng tổng hợp polymer chất khơi mào ảnh hưởng rất lớn đến thời gian đóng rắn, chất lượng và tính chất của sản phẩm polymer tạo thành Trong đề tài này để vật liệu tổng hợp được có hiệu quả kinh tế chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của lượng muối cericsulfate đến thời gian đóng rắn của vật liệu nhằm chọn được lượng chất khơi mào phù hợp Các phản ứng thực biện theo sơ đỗ 2.3 với thành phần:

(Thời gian phản ứng đóng rắn được tính từ khi cho chất khơi mào đến khi tạo sản phẩm tạo dạng rắn dàn hồi)

đó làm giảm khả năng hút nước của vật liệu

Luân văn Thạc sĩ Hoá học

Do đó, để chọn vật liệu có khả năng hút nước cao và thời gian phẩn ứng nhanh chúng tôi chọn lượng chất khơi mào gốc tự do là 4ml

3.2.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ lên phản ứng ghép

Thực hiện các phần ứng theo sơ đồ 2.3:

Cellulose: lếg; AA; 10g; DEGDAA: 0.1g; Ce(SOa);: 4ml Bắng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên phản ứng ghép

Đồ thị 3.5: Ảnh hưởng nhiệt độ lên thời gian phần ứng

Kết quả khảo sát cho thấy ở nhiệt độ dưới 60 °C phần ứng ghép và polymer hoá chậm, còn nhiệt độ trên 60 °C phản ứng xảy ra nhanh hơn Tuy nhiên độ hút nước của các mẫu sản phẩm thay đổi không đáng kể Kết quả này hoàn toàn phù hợp với tài liệu tham khảo về phần ứng tạo vật liệu hút nước giữa AA và cellulose: phản ứng ghép và

polymer hoá xảy ra nhanh ở nhiệt độ 60°C Để rút ngắn thời gian phản ứng cũng như hiệu quả kinh tế, chúng tôi chọn nhiệt độ 60°C với thời gian đóng rắn khoảng 145 phút

.2.2.5 Ảnh hưởng NaOH lên khả năng hút nước

Theo nhiều tài liệu tham khảo cho thấy lượng NaOH để trung hoà nhóm carbonxylate trong các loại vật liệu hút nước có ảnh hưởng rất lớn đến độ hấp thụ nước

và thời gian phân huỷ cấu trúc Do đó, để vật liệu PAA-Cell-DEGDAA thu được có khả năng hút nước cao, cấu trúc bển vững chúng tôi thực hiện một số thí nghiệm sau Các phần ứng được thực hiện theo sơ đồ 2.3 với thành phần:

Cellulose: 16g; AA: 10g; DEGDAA: 0.1g Nhiệt độ: 60°C; dung dịch Ce(SO¿); / HạSO¿ IM: 4ml Bảng 3.10: Ảnh hưởng của lượng NaOH đến khả năng hấp thụ nước

Luân văn Thạc sĩ Hoá học

Kết quả thí nghiệm trên cho thấy khi không có NaOH để trung hoà thì vật

liệu PAA-Cell-DEGDAA húi nước rất kém Khi lượng NaOH dùng để trung hoà các nhóm carboxylic trong vật liệu từ 20-100%, khả năng hit nước của vật liệu tăng mạnh

và độ hấp thụ nước cao nhất ở lượng NaOH 100%, Điều này được giải thích do các

nhóm carboxylate bị solvat hoá bởi nước nên làm cho toàn cấu trúc vật liệu hút nước

mạnh Khi tăng lượng NaOH dùng để trung hoà lên 120% khả năng hút nước của vật liệu giảm mạnh vì các nối dieter của liên kết ngang bị thuỷ phân nhanh nên cấu trúc không gian của vậi liệu bị phá huỷ dần, Do đó, để vật liệu PAA-Cell-DEGDAA húi nước cao thì lượng NaOH trung hoà phải nhỏ hơn hoặc bằng lượng monomer AA (theo

tỉ lệ mol) dùng để ghép tạo vật liệu

3.3 Thành phân tối ứu cho từng loại vật liệu:

Từ các kết quả nghiên cứu trên chúng tôi lựa chọn thành phần tối ưu để tổng hợp

từng loại vậi HIỆu:

Cellulose 16 g, ĐEGDAA 0.1g, NaOH 5.5 và 4ml Ce(SO¿; / H;SO, 1M Với thành

liệu có giá thành rất thấp mà vẫn đấm bảo khả năng hấp thụ nước cao:

ân nước thưỡng 232 lần và sau 150 ngày vẫn chưa phân hủy cấu trúc

Luận vấn Thạc sĩ Hoá học

3.4 Khảo sát thời gian giữ ẩm của vật liệu khi trộn với đất:

3.4.1 Khả năng giữ ẩm hai loại vật liệu tổng hợp được trong phòng thí nghiệm

Cốc 1: 300g dat + 1.5g PAA-Cell-DEGDAA+100g nước

Nhận xét: Kết quả theo đối sau 19 ngày cho thấy: cốc 3 chỉ chứa đất thì hoàn toàn hết nước, với cốc 2 chứa ĐấuUvật liệu PAA -DEGDAA lượng nước còn lại 8.8%, Cấc 1 và cốc 3 chứa ĐấuUvật liệu PAA-Cel-DEGDAA lượng nước còn lại 41.2% Kết qua nay được giải thích do vật liệu PAA-Cell-DEGDAA cấu trúc rất bên vững khi đã

hút nước vì cấu trúc không gian chặt chẽ hơn so với vật liệu PAA-DEGDAA Do đó, chúng tôi đã chọn vải Hệu PAA-CeH-DEGDĐAA để thử nghiệm thực tế trên các loại cây

trồng

3.4.2 Thử nghiệm trên cây trắng

Trong những năm gần đây vấn để hạn hán xảy ra thường xuyên và ngày càng kéo đài tác động mạnh mẽ đến cây trồng trong nông nghiệp cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của người nông dân, đặc biệt là khu vực Tây Nguyên Nhằm

giúp cho cây trồng có được lượng nước tối thiểu cũng như giảm công và lượng nước tưới của người nông dân trong thời gian khô hạn, chúng tôi tiến hành thử nghiệm vật liệu

PAA-Cell-DEGDAA ở nhiều địa phương với các loại cây trồng khác nhau trong đó có Tinh Gia Lai

3.4.2.1 Kết quả thử nghiệm trên cây ngô vụ Ì ở Gia Lai

> Cây ngô vụ Ì:

Địa điểm thứ nghiệm Trung Tâm Nghiên Cứu Giống Cây Trêng-Sở Nông nghiệp

và Phát triển Nông thôn Tỉnh Gia Lai

Diện tích thử nghiệm: 4.000m' (0.4 ba);

Thời gian bón chế phẩm: 13/07/2006

Liễu lượng: 1:2; 3ø/ cây; Đối chứng: 08/ cây

Hình 3.5: Lô bón 2g PAA-Cell-DEGDAA/cây Hình 3.6: Lô bón 3g PAA-Cell-DEGDAA/cây

Kết quả thử nghiệm cho thấy lô có bón chế phẩm (hình 3.4, hình 3.5 và hình 3.6) nẩy mầm và phát triển tốt khi gặp hạn Trong khi lô đối chứng không bón chế phẩm (hình 3.3) phát triển rất kém Theo báo cáo của Cán bộ kỹ thuật TTNC Giống Cây Trồng năng suất tăng 30% giữa các lô thí nghiệm có bón vật liệu hút nước so với lô đối chứng

Luận văn Thạc sĩ Hoá học