Luận văn tốt nghiệp
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG
ĐỀ TÀI:
TỔNG HP VÀ NGHIÊN
CỨU CẤU TRÚC CỦA VẬT
LIỆU HÚT NƯỚC TINH
BỘT –POLYACRYLIC
ACID
Chuyên ngành: Vật Liệu Hữu Cơ
Mã số ngành: 23.00
Luận văn Kỹ sư Công nghệ hoá học
Người hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN CỬU KHOA
CN. TRẦN NGỌC QUYỂN
Sinh viên thực hiện: ĐẶNG THỊ HIỀN
TP. HỒ CHÍ MINH - 2005
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 1
Luận văn tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn!
Thầy Nguyễn Cửu Khoa đã hướng dẫn em trong suốt thời gian qua để hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Anh Trần Ngọc Quyển và các anh, chò đã tận tình hướng dẫn và hết lòng
giúp đỡ cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Ban chủ nhiệm Khoa Hoá cùng q thầy, cô Trường ĐHBC Tôn Đức Thắng
đã giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn.
Con xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ba, Mẹ và các anh chò, em trong gia đình
đã động viên và giúp đỡ con trong thời gian qua.
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 2
Luận văn tốt nghiệp

ASA: Acrylic-styren-acrylonitril
EMA: Ethylene-methacrylate
EEA: Ethylene-ethylacrylate
EBA: Ethylene-butylacrylate
CMC: Carboximethylcellulose
HEC: Hydroximethylcellulose
LAS: Linear alkylbenzen sulfonate
LES: Lauryl eter sulfate
BKC: Benzalkoniumchloride
MMA: Methyl methacrylat
DEG: Diethylenglycol
DAA: Diacrylat
NMR: Nuclear Magnetic Resonance
IR: Infva red
PPm: Part Per Million
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 4
Luận văn tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC BẢNG
trang
Bảng 1: Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột lên khả năng hấp thụ nước của
vật liệu PAA- Tinh bột
Bảng 2: Ảnh của hàm lượng potasium persulfat lên khả năng hấp thụ
nước của vật liệu PAA- tinh bột
bảng 3: Ảnh hưởng của các loại tinh bột lên khả năng hấp thụ nước của vật
liệu PAA-tinh bột
Bảng 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp thụ nước của vật liệu PAA-
Tinh bột
Bảng 5: Ảnh hưởng của lượng NaOH lên khả năng hấp thụ nước của vật liệu
PAA-tinh bột
Bảng 6: Ảnh hưởng của các loại chất tạo liên kết ngang lên khả năng hấp thụ

1.1. VẬT LIỆU HẤP THỤ NƯỚC 2
1.1.1. Thành phần cơ bản của vật liệu tổng hợp 2
1.1.2. Giới thiệu về acid acrylic 4
1.1.3. polyacrylic acid (PAA) 5
1.1.4. Tinh bột 8
1.1.4.1. Cấu tạo, tính chất amylose 9
1.1.4.2. Cấu tạo và tính chất amylopectin 11
1.1.4.3. Tính chất chức năng của tinh bột 12
1.1.4.4. Ứng dụng 18
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI 19
1.3. PHẢN ỨNG TẠO GỐC TỰ DO TRONG QUÁ TRÌNH GHÉP TẠO
COPOLYMER 21
1.3.1. Tạo gốc tự do bằng hoá chất (muối ceri, hydrogenperoxide) 21
1.3.2. Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hoá kết hợp với hoá chất 24
1.3.3. Tạo gốc tự do bằng phản ứng quang hoá 24
1.4. Phương pháp và nội dung nghiên cứu 25
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 26
2.1. HOÁ CHẤT, THIẾT BỊ 27
2.1.1. Hoá chất 27
2.1.2. Thiết bò 27
2.1.3. Hệ thống phản ứng tạo vật liệu 28
2.2. TỔNG HP VẬT LIỆU PAA- TINH BỘT 28
2.2.1. Phương pháp tổng hợp 28
2.2.2. Quy trình tổng hợp 29
2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến độ hấp thụ nước của vật liệu
PAA- tinh bột 29
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 7
Luận văn tốt nghiệp
2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG HẤP THỤ NƯỚC VÀ
THỜI GIAN PHÂN HUỶ VẬT LIỆU 31

, CaCl
2
… những vật liệu này có khả năng hút ẩm
nhưng không thể giữ một lượng nước lớn, và dễ gây ngộ độc cho cây trồng.
+ Vật liệu hữu cơ:
Có rất nhiều loại vật liệu hữu cơ có khả năng hút nước cao đã được tổng
hợp và thương mại hoá. Các hoá chất dùng để tổng hợp các loại vật liệu này
phần lớn xuất phát từ nguồn nguyên liệu dầu mỏ như acid acrylic, methacrylic,
acrylamide, các polymer polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcol (PVA) và một
số ít polymer thiên nhiên như tinh bột, cellulose. Nhiều công ty và các viện khoa
học trên thế giới đã nghiên cứu ra các loại vật liệu hút nước nhằm đáp ứng nhu
cầu thực tế của đời sống như: các loại tả lót có thể tự hút nước dùng cho trẻ em,
băng gạt dùng trong y tế và vệ sinh cá nhân, vật liệu giữ nước cho đất để nâng
cao năng suất cây trồng trong nông nghiệp.
1.1.1. Thành phần cơ bản của vật liệu tổng hợp: [18]
Monomer: Chiếm từ 20-80% gồm:
+ Ester có chứa nối đôi vinyl của acid (meth)acrylic với các alcol mạch
ngắn: metyl(meth)acrylate, etyl(meth)acrylate, propyl(meth)acrylate.
+ Acid acrylic, methacrylic và muối của chúng với kim loại kiềm,
acrylamide, acrylonitril. Trong các loại vật liệu tổng hợp từ các loại monomer
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 10
Luận văn tốt nghiệp
trên thì các muối acid (meth)acrylic, acrylonitril thủy phân có khả năng hút nước
rất cao. Tuy nhiên acrylonitril là tác nhân có thể gây ung thư nên acid
(meth)acrylic và muối của nó được dùng nhiều nhất trong tổng hợp vật liệu hấp
thụ nước.
Chất tạo liên kết ngang (crosslinker): 0.1-5% gồm những hợp chất ester,
eter, amide có từ hai nối đôi bất bão hoà trở lên như: N,N-
methylenbisacrylamide, ethylenglycol di(meth)acrylate, diethylenglycol
di(meth)acrylate, triethylenglycol di(meth)acrylate… hoặc các hợp chất hữu cơ đa


và các hệ phản ứng oxi-hoá khử như:
MnO
2
-acid oxalic, peroxydiphosphat-thioure, Fe
3+
- cystein
Chất làm đặc và chất để ghép tạo copolymerr: Tinh bột, Polyvinyl alcol,
bột cellulose và các dẫn xuất của nó như carboximethylcellulose (CMC),
hydroximethylcellulose (HEC).
Chất hoạt động bề mặt: Nonyl phenol, sorbitol monosterat, linear
alkylbenzen.
sulfonate (LAS), lauryl eter sulfate(LES).
Chất khử mùi: Zeolite, than hoạt tính
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 11
Luận văn tốt nghiệp
Chất kháng khuẩn: Đối với vật liệu hấp thụ nước dùng trong tả lót, sản
phẩm vệ sinh cá nhân người ta thường cho thêm vào các chất kháng khuẩn, diệt
khuẩn là các muối amonium tứ cấp: benzalkoniumchloride(BKC), cetyltrimethy
amonium chloride, didecyldimethylamoniumcarbonate.
Tuy nhiên chất làm đặc, chất hoạt động bề mặt, chất độn, chất khử mùi và
kháng khuẩn có thể dùng hoặc không tùy điều kiện phản ứng và mục đích sử
dụng của từng loại vật liệu.
1.1.2. Giới thiệu về acid acrylic: [14], [20], [21]
 Công thức cấu tạo:
H
2
C =CH – COOH (acroleic acid; 2- propenoic acid)
 Tính chất:
Acid acrylic là chất lỏng không màu, có vò chua, mùi hăng, tan trong nước,

O
H
2
C
CH CHO
H
2
C CH
COOH
propylen
acrolein
acrylic acid
Do chi phí tạo nên propylene thấp nên nó được sử dụng như một nguồn
nguyên liệu lý tưởng cho tổng hợp acid acrylic.
+ Tổng hợp từ acetylen:
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 12
Luận văn tốt nghiệp
CH
CH
+
CO
+
H
2
O H
2
C
CH
COOH
Phản ứng được thực hiện trong dung môi tetrahydrofuran ở nhiệt độ khoảng

2

O
ethylene oxide
HCN
CH
2
CH
2
OH CN
ethylenecyanohydrin
H
2
O
CH CN
H
2
C
acrylonitril
H
2
O
NH
3
H
2
C
CH
COOH
acid acrylic

Khi ta thêm NaOH thì càng nhiều nhóm carboxyl trở nên ion hoá, lực đẩy qua lại
của điện tích làm cho những sợi polymer duỗi ra và dẫn tới độ nhớt sẽ giảm vì sự
ion hoá của polyacid giảm so với lúc đầu và những sợi polymer bò cuộn chặt hơn
[19]
 Các phương pháp tổng hợp:
PAA được tổng hợp theo nhiều phương pháp với mỗi phương pháp các tác
giả dùng một chất khơi mào riêng cho mỗi loại khối lượng phân tử và mục đích
sử dụng khác nhau. Để tổng hợp PAA có khối lượng phân tử cao.
Mishra đã polymer hoá AA với chất khơi mào NO
•
2
được tạo ra từ phản ứng
nhiệt phân Pb(NO
3
)
2
trong dung môi benzen [13]
Pb(NO
2
)
t
o
PbO
+
NO
2
+
O
2
2

Ngoài phương pháp trên người ta còn dùng một số chất khơi mào như
benzoylperoxide (C
6
H
5
COO)
2
, potasiumpersulfat (K
2
S
2
O
8
), hydrogen peroxide
(H
2
O
2
), quá trình tạo gốc tự do và polymer hoá như sau:
K
2
S
2
O
8
S
2
O
8
2

C
O
O O C
O
C
6
H
5
C
6
H
5
+
nCH
2
CH
COOH
CH
2
CH
COOH
n
C
6
H
5
COO
 Ứng dụng:
PAA là polymer có khả năng chòu hoá chất, thời tiết, rắn chắc sau khi đònh
hình, nên có nhiều ứng dụng trong công nghiệp:

O
-
Na
+
CH
2
= CH
Aninonic polyacrylamide
C O
O
-
Na
+
CH
2
= CH
+
x
Acrylamide Sodium acrylate
Đồng trùng hợp của acrylamide và sodium acrylamide tạo anionic PAM
Ngoài phản ứng tạo copolymer PAM, một số loại copolymer phổ biến khác
của monomer acrylic hoặc các ester của acrylic :
Acrylic-styren-acrylonitryl(ASA): có độ bóng cao, kháng va đập cao, chống
chòu thời tiết tốt và chòu đựng được nhiều loại dung môi hữu cơ, acid, kiềm.
Được dùng trong nhiều sản phẩm bảo hộ lao động, thiết bò thông tin liên lạc…
Ethylen-methacrylate(EMA): mềm dẻo, linh động thường gặp trong đóng
gói dược phẩm, găng tay
Ethylen-ethylacrylate(EEA): mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, chòu nhiệt tốt nên
được dùng nhiều trong dây cáp điện…
Ethylen-butylacrylate(EBA): cứng ở nhiệt độ thấp, không giống như các

nhau: amylose (thường khoảng 20-30%) và amylopectin (thường khoảng 70-
80%). Tỷ lệ amylose so với amylopectin trong đa số tinh bột xấp xỉ 1/4. Thường
trong tinh bột loại nếp (gạo nếp, ngô nếp) gần như 100% là amylopectin, trái lại
trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amylose chiếm khoảng 59%.
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 17
Luận văn tốt nghiệp
Hiện nay người ta đã lai tạo được loại ngô có thành phần amylose trong tinh bột
chiếm tới 80%.
1.1.4.1. Cấu tạo, tính chất amylose:
 Cấu tạo của amylose:
Trong amylose, các gốc glucose được gắn vào nhau nhờ liên kết α(1,4)-
glucoside và tạo nên chuỗi dài bao gồm từ 200-2000 đơn vò glucose. Phân tử
amylose có một đầu khử và một đầu không khử.

O
OH
CH
2
OH
OH
H
O
H
O
O
OH
CH
2
OH
OH

Luận văn tốt nghiệp
b.Tính lưu biến:
Các phân tử amylose thường tuyến tính và đều đặn, do đó trong dung dòch,
chúng có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể. Khi sự liên
hợp xảy ra với tốc độ tối thiểu thì amylose sẽ tạo ra khối không tan của các hạt
đã thoái hoá, khi tốc độ liên hợp cực đại thì dung dòch chuyển thành thể keo.
Ở nhiệt độ thường, keo amylose thường là một khối trắng đục không thuận
nghòch, không thấy có hiện tượng co. Nghiên cứu amylose bằng kính hiển vi,
người ta thấy chúng có cấu trúc hạt rõ rệt, chứng tỏ có tính không tan của tinh
thể.
c. Phản ứng với iod:
Khi tương tác với iod, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Phản ứng
này đã được Shogmayer phát hiện vào năm 1812. Iod có thể coi là thuốc thử đặc
hiệu để xác đònh hàm lượng amylose trong tinh bột bằng phương pháp trắc
quang. Để phản ứng được với iod, phân tử amylose phải có dạng hình xoắn ốc.
Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose không cho phản ứng với iod vì không tạo
được vòng xoắn ốc hoàn chỉnh.
d. Khả năng tạo phức:
Amylose còn có khả năng tạo phức với rất nhiều các hợp chất hữu cơ có
cực cũng như không cực khác nhau như: các rượu no (izoamylic, butylic,
izopropylic); các rượu vòng, các phenol; các hydrocacbon thẳng và vòng; các
dẫn xuất benzen có nhóm alđehi; các nitroparafin…
Điều đáng chú ý là khi tạo phức với amylose, các chất tạo phức cũng
chiếm vò trí bên trong dọc theo xoắn ốc tương tự như iod. Điều lý thú là phức của
vitamin A với amylose thường bền và ít bò oxi hoá. Do đó người ta thường bảo
vệ vitamin A trong thuốc cũng như trong thức ăn gia súc bằng cách cho nó tạo
phức với amylose.
1.1.4.2. Cấu tạo và tính chất của amylopectin:
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 19
Luận văn tốt nghiệp

H
O
O
OH
CH
2
OH
OH
O
H
O
H
Phân tử amylopectin cũng tạo hình xoắn ốc với các dây nhánh hướng ra bên
ngoài. Tuy nhiên, sự phân nhánh tạo một chướng lập thể nên đường kính xoắn
ốc của amylopectin lớn hơn so với amylose.
Bằng phương pháp tán xạ ánh sáng người ta đã xác đònh được phân tử lượng
của một amylopectin vào khoảng 5.10
8
. Năm 1972, Greenwood đã xác đònh được
phân tử lượng của một số amylopectin như sau:
Loại amylopectin M.10
-6
Khoai tây 65
Sắn 110
Lúa mì 90
Đại mạch 95
Ngô nếp 35
Đậu 100
 Tính chất của amylopectin:
Do cấu trúc phức tạp nên amylopectin khó tan trong nước lã mà chỉ tan

o
C) T
o
cuối(
o
C)
Ngô 62 66 70
Ngô nếp 63 68 72
Thóc 68 74.5 78
Lúa mì 59.5 62.5 64
Sắn 52 59 64
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 21
Hấp thụ
nước qua vỏ
Ngưng tụ
nước
lỏng
Hydrat hóa
và trương nở
Dung dòch Phân tán
phá vỡ vỏ hạt, đứt liên
kết các phân tử
Hạt
tinh bột
Luận văn tốt nghiệp
Khoai tây 58 62 66
Sự hồ hoá tinh bột cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp trong môi trường
kiềm. Vì kiềm làm ion hoá từng phần do đó làm cho sự hydrat hoá phân tử tinh
bột tốt hơn.
 Khả năng tạo hình của tinh bột:

phương pháp biến hình vật lý; phương pháp biến hình hoá học;phương pháp
biến hình enzim.
+ biến hình vật lý:
- Trộn với chất rắn trơ:
Tinh bột có tính ái lực đối với nước nên hoà vào nước trực tiếp sẽ bò vón
cục. Nếu đem trộn nó với chất trơ sẽ làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về
vật lý, do đó sẽ cho phép chúng hydrat hoá một cách độc lập và không kết lại
thành cục.
- Biến hình bằng hồ hoá sơ bộ:
Dưới tác dụng của nhiệt độ, đúng hơn là tác dụng nhiệt ẩm sẽ làm đứt các
liên kết giữa các phân tử, làm phá hủy cấu trúc của hạt tinh bột khi hồ hoá, cũng
như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này.
Tinh bột hồ hoá có những tính chất sau: trương nhanh trong nước; biến đổi
chậm các tính chất khi bảo quản; bền khi ở nhiệt độ thấp; có độ đặc và khả năng
giữ nước, giữ khí tốt.
Tinh bột sau khi hồ hoá sơ bộ được dùng nhiều trong công nghệ như: tránh
tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo và bảo vệ chất béo
khỏi bò oxi hoá trong súp khô, liên kết ẩm và ổn đònh ẩm trong các sản phẩm
thòt, được dùng để huyền phù hoá các tinh bột, tinh bột thô cũng như các chất
không hòa tan tương tự khác.
- Biến hình tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao:
GVHD: Nguyễn Cửu Khoa trang 23
Luận văn tốt nghiệp
Thực chất của quá trình này là nhằm thu sản phẩm dextrin trong tinh bột và
biến hình của dextrin để tạo ra các sản phẩm cần thiết. Chúng được ứng dụng
nhiều trong các ngành như pha sơn, dùng làm chất làm đặc cho các thuốc nhuộm
sợi, làm tăng tính lưu biến cho thuốc nhuộm, bột thực phẩm, dùng để pha keo
dán phong bì, dán nhãn chai, băng dính, thùng cactong…
 Biến hình bằng phương pháp hoá học:
+ Biến hình bằng acid:

nghệ thực phẩm.
 Biến hình tinh bột bằng xử lý tổ hợp để thu nhận tinh bột keo đông:
Tinh bột biến hình này có khả năng keo đông cao, không còn mùi đặc biệt
và có độ trắng cao, người ta dùng tinh bột keo đông làm chất ổn đònh trong sản
xuất kem và có thể dùng thay thế aga-aga và agaroit.
 Biến hình tinh bột bằng phosphat:
Khi cho acid H
3
PO
4
được este hoá với nhóm OH của tinh bột thì được tinh
bột phosphat. Có hai loại tinh bột phosphat:
- Tinh bột dihydrophosphat: Đun nóng tinh bột với muối phosphat (như
muối của acid orthophosphoric, acid pirophosphoric hoặc acid
tripoliphosphoric…) hòa tan trong nước theo phản ứng sau [3]
O
OH
CH
2
OH
OH
H
O
H
O
+
P
HO
NaO
OH