Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng MBA, tiến hành phản ứng tổng hợp phân ure nhả chậm hấp thụ nước với điều kiện: hàm lượng chất khơi mào APS 0,6% và ASC 0,1% so với AAm, tỉ lệ ure/AAm là 1,8 ở 250C, hàm lƣợng MBA thay đổi từ 0,02% đến 0,08% so với AAm. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 1.
Bảng 1. Ảnh hưởng của hàm lượng MBA tới tỉ lệ trương Hàm lƣợng MBA(%) 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
SR(g/g) 140 160 204 249 195 150 120
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỉ lệ trương vào hàm lượng MBA đƣợc thể hiện trên hình 2.
(Điều kiện: APS 0,6%; ASC 0,1%; tỷ lệ ure/AAm=1,8; t=250C) Hình 2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới MBA đến tỷ lệ trương
Qua bảng 1 và hình 2 thấy rằng: khi nồng độ chất tạo lưới tăng từ 0,02% đến 0,05% thì tỷ lệ trương tăng, và đạt giá trị cao nhất là 249 (g/g), khi hàm lượng chất tạo lưới vượt quá 0,05% thì tỷ lệ trương lại giảm. Điều này được giải thích là do: khi có mặt chất tạo lưới, hàm lượng phần gel trong polyme tăng do chất tạo lưới MBA là một monome lưỡng chức (2 nhóm vinyl ở đầu mạch) có tác dụng khâu các mạch polyme polyacrylamit tạo cấu trúc mạng lưới 3 chiều. Tăng hàm lượng chất tạo lưới làm tăng khả năng khâu mạch, khiến cho hàm lƣợng phần gel tăng. Khi nồng độ MBA đạt 0,05%, polyme đƣợc khâu mạch gần nhƣ hoàn toàn với hàm lƣợng phần gel tăng
>99,5%. Do đó, khả năng hấp thụ nước của sản phẩm tăng, tỷ lệ trương tăng.
Tuy nhiên, khi tăng nồng độ MBA trên 0,05% thì mật độ tạo lưới cũng như mức độ chặt chẽ của mạng lưới tăng, làm giảm không gian bên trong gel, hạn chế khả năng mở rộng mạng lưới dẫn đến tỷ lệ trương giảm.
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào APS
Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng APS, tiến hành phản ứng tổng hợp phân ure nhả chậm hấp thụ nước với điều kiện: hàm lượng chất tạo lưới MBA 0,05% so với AAm, tỉ lệ ure/AAm là 1,8 ở 250C, hàm lƣợng APS thay đổi từ 0,2% đến 1,4% so với AAm, hàm lƣợng ASC= 1/6 hàm lƣợng APS.
Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 2.
Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng APS tới tỉ lệ trương Hàm lƣợng APS (%) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
SR (g/g) 144 216 249 177 152 136 116
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỉ lệ trương vào hàm lượng MBA đƣợc thể hiện trên hình 3.
(Điều kiện: MBA 0,05%; tỷ lệ APS/ASC=1/6; ure/AAm=1,8; t=250C) Hình 3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào APS đến tỷ lệ trương Từ kết quả ở bảng 2 và hình 3 thấy rằng: tỉ lệ trương tăng khi hàm lượng APS tăng từ 0,2% đến 0,6% và lớn hơn 0,6% thì tỉ lệ trương giảm.
Điều này có thể giải thích đƣợc là do theo lý thuyết quá trình trùng hợp gốc khối lƣợng phân tử giảm khi tăng nồng độ chất khơi mào. Với việc giảm khối lƣợng phân tử thì số lƣợng các đầu mạch polyme tăng. Các đầu mạch này không đóng góp gì cho độ hấp thụ nước. Bởi vậy, đây chính là nguyên nhân khiến cho tỉ lệ trương giảm khi tăng nồng độ chất khơi mào. Hơn nữa, với hàm lƣợng chất khơi mào cao, số lƣợng gốc tự do sinh ra sẽ làm tăng quá trình chuyển mạch dẫn đến tăng mật độ tạo lưới và giảm tỷ lệ trương. Khi hàm lượng chất khơi mào nhỏ hơn 0,6% tỷ lệ trương của sản phẩm cũng giảm. Điều này là do giảm số gốc tự do sinh ra bởi chất khơi mào. Do vậy,
mạng lưới không được tạo thành một cách hiệu quả dẫn đến giảm tỷ lệ trương. Hàm lượng chất khơi mào tối ưu là 0,6%.
3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ ure/AAm đến tỷ lệ trương của sản phẩm
Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ ure/AAm đến tỷ lệ trương của sản phẩm kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 3.
Bảng 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ ure/AAm đến tỷ lệ trương Tỷ lệ Ure/AAm 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6
SR (g/g) 107 173 224 249 208 178 137 112
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỷ lệ trương vào tỷ lệ ure/AAm được thể hiện ở hình 4.
(Điều kiện: MBA 0,05%; APS 0,6%; ASC 0,1%; t= 250C) Hình 4. Ảnh hưởng tỷ lệ ure/AAm đến tỷ lệ trương
Dựa vào kết quả thu được ở bảng 3 và hình 4 ta thấy: tồn tại một cực đại và tỷ lệ trương cao nhất khi tỷ lệ ure/AAm là 1,8. Điều này có thể giải thích đƣợc là do: khi hàm lƣợng ure thấp, toàn bộ ure tham gia phản ứng với nhóm C=O trong acrylamit, do ảnh hưởng của nhóm -NH2 sẽ làm giảm nồng độ monome, giảm số liên kết ngang nên tỉ lệ trương thấp.
Do đó, tỷ lệ trương tăng khi thành phần ure tăng. Tuy nhiên, khi hàm lượng ure quá cao, polyme tạo ra không có khả năng bọc đƣợc toàn bộ lƣợng ure mà ngƣợc lại lƣợng ure bọc ngoài polyme hoặc làm giảm độ xốp của polyme do đó sẽ làm giảm tỉ lệ trương. Khi tỷ lệ ure/AAm = 1,8 thì tỷ lệ trương đạt cực đại.
Như vậy, sau khi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới tỷ lệ trương của sản phẩm, chúng tôi rút ra điều kiện tối ưu cho việc tổng hợp phân ure nhả chậm trên nền polyacrylamit là:
- Nhiệt độ: 250C
- Hàm lượng chất tạo lưới 0,05% so với monome
- Hàm lƣợng chất khơi mào APS 0,6%, ASC 0,1% so với monome - Tỷ lệ khối lƣợng ure/AAm=1,8
Mẫu ure nhả chậm siêu hấp thụ nước ở điều kiện tối ưu này được sử dụng cho việc khảo sát các đặc trƣng lý hóa và các nghiên cứu quá trình nhả chậm sau này.
3.1.4. Phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của sản phẩm đƣợc biểu diễn trong hình 5.
Hình 5. Phổ hồng ngoại của sản phẩm
Trên phổ của sản phẩm thấy xuất hiện dải hấp thụ mạnh tại vị trí 3459,9cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm –NH2. Píc ở 3081,13cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm -CH no. Dải hấp thụ
tại vị trí 1619,23cm-1 và 1668,11cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm cacbonyl (-C=O) của acrylamit. Píc 1472,77 đặc trƣng cho dao động biến dạng của nhóm –NH của amit. Dải hấp thụ ở 530,53cm-1 và 613,83cm-1 đặc trƣng cho nhóm N-CO-N của ure. Trên phổ chúng ta thấy không xuất hiện dải hấp thụ mạnh tại vùng 3050 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của C-H không no, không xuất hiện dải hấp thụ trung bình hoặc yếu tại vùng 1680-1620 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của C=C chứng tỏ phản ứng trùng hợp đã xảy ra.
3.1.5. Hình thái học bề mặt
Ảnh SEM của mẫu phân bón ure nhả chậm siêu hấp thụ nước ở độ phóng đại 500 và 1000 đƣợc trình bày trên các hình 6, hình 7.
Hình 6. Ảnh SEM của sản phẩm ở độ phóng đại 500
Hình 7. Ảnh SEM của sản phẩm ở độ phóng đại 1000
Quan sát ảnh SEM cho thấy ure tồn tại ở dạng hạt và đƣợc bao bọc bởi lớp polyme. Trên bề mặt của polyme có nhiều đường kênh và lỗ xốp chứng tỏ polyme có khả năng hấp thụ nước tốt.