Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone

• Tác giả: Vũ Thị Ngọc Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Đại Phú
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Vật Liệu Polymer
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Nhựa Polycaprolactone
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về nhựa phân hủy sinh học
• 1.2. Giới thiệu về nhựa phân hủy sinh học
• 1.3. Lịch sử phát triển của nhựa phân hủy sinh học
• 1.4. Cơ chế phân hủy sinh học
• 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học
• 1.6. Phân loại nhựa phân hủy sinh học
• 1.7. Ưu và nhược điểm của nhựa phân hủy sinh học
• 1.8. Ứng dụng của nhựa phân hủy sinh học
• 1.9. Một số loại nhựa phân hủy sinh học phổ biến
• 1.10. Giới thiệu về nhựa polycaprolactone
• 1.11. Lịch sử phát triển của polycaprolactone
• 1.12. Tính chất của nhựa polycaprolactone
• 1.13. Ứng dụng của nhựa polycaprolactone
• 1.13.1. Ứng dụng trong y học
• 1.13.2. Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác
• 1.14. Trùng hợp mở vòng của polyester
• 1.15. Trùng hợp mở vòng cation
• 1.16. Trùng hợp mở vòng anion
• 1.17. Trùng hợp mở vòng chèn-phối trí
• 1.18. Cơ chế các chất xúc tác mở vòng ε-caprolactone của Stannous 2-ethylhexanoate (Thiếc Octoate-Sn(Oct)2)
• 1.19. Các yếu tố ảnh hưởng đến trọng lượng phân tử
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nội dung thực nghiệm
• 2.2. Nguyên liệu chính
• 2.3. Dụng cụ và thiết bị sử dụng
• 2.3.1. Các dụng cụ sử dụng trong quá trình thí nghiệm
• 2.3.2. Các thiết bị sử dụng trong quá trình thí nghiệm
• 2.4. Quy trình thực nghiệm
• 2.4.1. Nghiên cứu tổng hợp PCL mạch thẳng, xúc tác Sn(Oct)2
• 2.4.2. Nghiên cứu tổng hợp PCL mạch sao, xúc tác Sn(Oct)2
• 2.5. Phương pháp phân tích và đánh giá
• 2.5.1. Phương pháp đo độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald
• 2.5.2. Cơ sở lý thuyết về độ nhớt
• 2.5.3. Phương pháp đo độ nhớt xác định trọng lượng phân tử của polymer
• 2.5.4. Đo độ nhớt bằng ống mao quản thủy tinh (nhớt kế Ostwald)
• 2.5.5. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại FT-IR
• 2.5.6. Phương pháp phân tích sắc ký gel GPC
• 2.5.7. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân H-NMR
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và xúc tác đến phản ứng tổng hợp polycaprolactone (PCL) mạch thẳng, xúc tác Sn(Oct)2- PCL-DEG-PCL
• 3.2. Tính toán nguyên liệu sử dụng trong thí nghiệm nghiên cứu tổng hợp PCL mạch thẳng, xúc tác Sn(Oct)2 – PCL-DEG-PCL
• 3.3. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử và độ đa phân tán của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 140 ℃ theo thời gian phản ứng
• 3.4. Mối quan hệ giữa độ nhớt nội tại và trọng lượng phân tử của PCL-DEG-PCL theo thời gian phản ứng
• 3.5. Tiến hành đo độ nhớt theo thời gian của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, thực hiện phản ứng ở 140℃
• 3.6. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 150 ℃ theo thời gian phản ứng
• 3.7. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 160 ℃ theo thời gian phản ứng
• 3.8. So sánh sự thay đổi trọng lượng phân tử nhớt của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2 theo thời gian phản ứng ở những nhiệt độ khác nhau
• 3.9. Đánh giá cấu trúc của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160℃ bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại FT-IR
• 3.10. Đánh giá cấu trúc phân tử của PCL-DEG-PCL, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160℃ bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân H-NMR
• 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác và sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-DEG-PCL, 0.4% xúc tác Sn(Oct)2, nhiệt độ phản ứng 160℃
• 3.12. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và xúc tác đến phản ứng tổng hợp PCL mạch sao, xúc tác Sn(Oct)2- PCL-4-star
• 3.13. Tính toán nguyên liệu sử dụng trong thí nghiệm nghiên cứu tổng hợp PCL mạch sao, xúc tác Sn(Oct)2-PCL-4-star
• 3.14. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử theo thời gian phản ứng của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 150 ℃
• 3.15. Khảo sát sự thay đổi trọng lượng phân tử và độ đa phân tán của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, 160℃ theo thời gian phản ứng
• 3.16. So sánh sự thay đổi trọng lượng phân tử nhớt của PCL-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2 theo thời gian phản ứng ở những nhiệt độ khác nhau
• 3.17. Đánh giá cấu trúc phân tử của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160℃ bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại FT-IR
• 3.18. Đánh giá cấu trúc phân tử của PCL-4-star, 0.2% xúc tác Sn(Oct)2, phản ứng ở 160℃ bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân H-NMR
• 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác và sự thay đổi trọng lượng phân tử của PCL-4-star, 0.4% xúc tác Sn(Oct)2, ở nhiệt độ phản ứng 160℃
• 3.20. So sánh hiệu quả trọng lượng phân tử đạt được của PCL mạch thẳng (PCL-DEG-PCL) và mạch sao (PCL-4-star) được tổng hợp ở cùng điều kiện phản ứng
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone

Nhựa Polycaprolactone (PCL) là một loại polymer sinh học có khả năng phân hủy sinh học, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y học, công nghiệp và môi trường. Nghiên cứu tổng hợp PCL không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của nó mà còn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong tương lai. Việc tổng hợp PCL có thể thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau, trong đó trùng hợp mở vòng là phương pháp phổ biến nhất. Bài viết này sẽ đi sâu vào các khía cạnh lý thuyết và thực tiễn của việc tổng hợp nhựa PCL.

1.1. Lịch sử phát triển và ứng dụng của nhựa Polycaprolactone

Nhựa Polycaprolactone được phát hiện lần đầu vào những năm 1930 và đã nhanh chóng trở thành một trong những loại polymer sinh học quan trọng. Với tính chất cơ học tốt và khả năng phân hủy sinh học, PCL đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất vật liệu y tế, bao bì sinh học và các sản phẩm tiêu dùng. Sự phát triển của công nghệ tổng hợp đã giúp cải thiện chất lượng và tính năng của PCL, mở rộng khả năng ứng dụng của nó.

1.2. Tính chất và ưu điểm của nhựa Polycaprolactone

Nhựa Polycaprolactone có nhiều tính chất nổi bật như độ bền cơ học, khả năng chịu nhiệt và khả năng phân hủy sinh học. Những tính chất này làm cho PCL trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc sản xuất các thiết bị y tế và vật liệu cấy ghép. Hơn nữa, PCL có khả năng tương thích sinh học tốt, giúp giảm thiểu nguy cơ phản ứng phụ khi sử dụng trong cơ thể.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone

Mặc dù nhựa Polycaprolactone có nhiều ưu điểm, nhưng việc tổng hợp và ứng dụng của nó cũng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là kiểm soát trọng lượng phân tử và độ đa phân tán của polymer trong quá trình tổng hợp. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học và khả năng phân hủy của PCL. Ngoài ra, việc lựa chọn chất xúc tác và điều kiện phản ứng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được sản phẩm mong muốn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Polycaprolactone

Quá trình tổng hợp Polycaprolactone chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, thời gian phản ứng và tỷ lệ chất xúc tác. Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến trọng lượng phân tử mà còn đến độ đa phân tán của polymer. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất cần thiết để đạt được sản phẩm có tính chất tốt nhất.

2.2. Thách thức trong việc kiểm soát tính chất của nhựa Polycaprolactone

Kiểm soát tính chất của Polycaprolactone trong quá trình tổng hợp là một thách thức lớn. Sự thay đổi trong điều kiện phản ứng có thể dẫn đến sự biến đổi đáng kể về tính chất cơ học và khả năng phân hủy của polymer. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để kiểm soát tính chất của PCL là rất quan trọng.

III. Phương pháp tổng hợp nhựa Polycaprolactone hiệu quả

Có nhiều phương pháp để tổng hợp nhựa Polycaprolactone, trong đó trùng hợp mở vòng là phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp này cho phép tạo ra các loại PCL với cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch sao, tùy thuộc vào loại chất xúc tác và điều kiện phản ứng được sử dụng. Việc lựa chọn đúng phương pháp tổng hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến tính chất cuối cùng của sản phẩm.

3.1. Trùng hợp mở vòng ε caprolactone

Trùng hợp mở vòng ε-caprolactone là phương pháp chính để tổng hợp Polycaprolactone. Phương pháp này sử dụng các chất xúc tác như Sn(Oct)2 để khởi đầu phản ứng, tạo ra các chuỗi polymer với trọng lượng phân tử khác nhau. Việc điều chỉnh các điều kiện phản ứng như nhiệt độ và thời gian có thể giúp kiểm soát trọng lượng phân tử của PCL.

3.2. So sánh hiệu quả của các chất xúc tác trong tổng hợp PCL

Việc lựa chọn chất xúc tác có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả tổng hợp Polycaprolactone. Các chất xúc tác khác nhau có thể tạo ra các sản phẩm với tính chất khác nhau. Nghiên cứu so sánh hiệu quả của các chất xúc tác sẽ giúp tìm ra phương pháp tối ưu nhất cho việc tổng hợp PCL.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nhựa Polycaprolactone trong y học

Nhựa Polycaprolactone được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học nhờ vào tính chất sinh học và khả năng phân hủy của nó. PCL có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế như vật liệu cấy ghép, màng sinh học và các sản phẩm hỗ trợ điều trị. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện chất lượng cuộc sống mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu y học.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất vật liệu cấy ghép

Nhựa Polycaprolactone được sử dụng để sản xuất các vật liệu cấy ghép nhờ vào khả năng tương thích sinh học và khả năng phân hủy trong cơ thể. Các vật liệu này có thể giúp cải thiện quá trình hồi phục và giảm thiểu nguy cơ phản ứng phụ.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất màng sinh học

Màng sinh học từ Polycaprolactone có khả năng bảo vệ và hỗ trợ quá trình hồi phục của các mô. Chúng có thể được sử dụng trong các ứng dụng như điều trị vết thương và phẫu thuật, giúp tăng cường hiệu quả điều trị.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone

Nghiên cứu tổng hợp nhựa Polycaprolactone đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực vật liệu sinh học. Với những ưu điểm vượt trội, PCL hứa hẹn sẽ tiếp tục được phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc cải thiện quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của PCL trong y học và công nghiệp.

5.1. Triển vọng phát triển nhựa Polycaprolactone trong tương lai

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về vật liệu sinh học, nhựa Polycaprolactone có triển vọng lớn trong tương lai. Nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp mới sẽ giúp cải thiện tính chất và khả năng ứng dụng của PCL.

5.2. Những thách thức cần vượt qua trong nghiên cứu PCL

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng nghiên cứu về Polycaprolactone cũng gặp phải nhiều thách thức. Việc kiểm soát tính chất và quy trình tổng hợp là những vấn đề cần được giải quyết để tối ưu hóa ứng dụng của PCL trong thực tiễn.