Đồ án Nghiên cứu ứng dụng của dung môi sinh học để tẩy sơn và mực in

ại. - Chỉ số iot. Là số gam iot tác dụng với 100 gam dầu mỡ. Chỉ số iot biểu thị mức độ không no của dầu mỡ. Chỉ số này càng cao thì mức độ không no càng lớn và ngƣợc lại. - Chỉ số axit. Là số mg KOH cần thiết để trung hòa hết lƣợng chất béo tự do có trong 1g dầu. Chỉ số axit của dầu thực vật không cố định, dầu càng biến chất thì chỉ số axit càng cao. Các phản ứng hóa học của dầu thực vật: Thành phần hoá học của dầu thực vật chủ yếu là este của axit béo với glyxerin. Do vậy, chúng có đấy đủ tính chất của một este: - Phản ứng xà phòng hoá. Trong những điều kiện nhất định( nhiệt độ, áp suất, xúc tác thích hợp) dầu có thể bị thuỷ phân Phản ứng : C3H5(OCOR) 3 + 3H2O 3RCOOH + C3H5(OH)3 Trong quá trình thuỷ phân có mặt các loại kiềm (NaOH, KOH) thì sau quá trình thủy phân, axit béo sẽ phản ứng với kiềm tạo thành xà phòng: RCOOH + NaOH RCOONa + H2O ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 2 4 Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxerin từ dầu thực vật - Phản ứng cộng hợp. Trong điều kiện thích hợp, các axit béo không no sẽ cộng hợp với các chất khác + Phản ứng hydro hóa: Là phản ứng đƣợc tiến hành ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thấp. Và có mặt của xúc tác Ni. + Trong những điều kiện thích hợp, dầu có chứa các axit béo không no có thể cộng hợp với các halogen. - Phản ứng este hoá Các glyxerin trong điều kiện có mặt của xúc tác vô cơ (H2SO4, HCl hoặc NaOH, KOH) có thể tiến hành este hoá trao đổi với các rƣợu bậc một (metylic, etylic..) tạo thành các alkyl este của axit béo và glyxerin. C3H5(OCOR) 3 + 3CH3OH 3RCOOCH3 + C3H5(OH)3 Phản ứng có ý nghĩa thực tế rất quan trọng vì ngƣời ta có thể sử dụng các alkyl este béo làm nhiên liệu do giảm một các đáng kể lƣợng khí thải độc hại ra môi trƣờng. Đồng thời, cũng thu đƣợc một lƣợng glyxerin sử dụng trong các ngành công nghiệp mỹ phẩm, hàng tiêu dùng, sản xuất nitroglyxerin làm thốc nổ. - Phản ứng oxy hoá. Dầu thực vật có chứa nhiều loại axit béo không no nên dễ bị oxy hoá, thƣờng xảy ra ở nối đôi trong mạch cacbon. Tuỳ thuộc vào bản chất của chất oxy hoá và điều kiện phản ứng mà tạo ra các chất oxy hoá không hoàn toàn nhƣ peroxyt, xetoaxit.. hoặc các sản phẩm đứt mạch có phân tử lƣợng bé. Dầu thực vật tiếp xúc với không khí có thể xảy ra quá trình oxy hoá làm biến chất dầu mỡ. - Phản ứng trùng hợp. Dầu mỡ có nhiều axit không no nên dễ xảy ra quá trình trùng hợp tạo ra các hợp chất cao phân tử - Sự ôi của dầu mỡ. Do trong dầu có chứa nƣớc, vi sinh vật, các men thuỷ phân nên trong quá trình bảo quản thƣờng phát sinh những biến đổi làm ảnh hƣởng đến màu sắc, mùi vị. Đây là quá trình ôi chua của dầu mỡ. d. Tổng hợp etyl este. Phản ứng: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 2 5 CH2-O-CO-R1 CH2 –OH R1-COOC2H5 | | | CH-O-CO-R2 + 3C2H5OH → CH-OH + R2-COOC2H5 | | | CH2-O-CO-R3 CH2-OH R3-COOC2H5 Các alkyl este có thể đƣợc sản xuất theo công nghệ sử dụng xúc tác là axit hay bazơ. Chất xúc tác đƣợc sử dụng là xúc tác đồng thể hoặc dị thể nhằm tăng hiệu xuất của phản ứng. Ngoài công nghệ trên còn có công nghệ chuyển hóa dầu trong điều kiện siêu tới hạn của metanol, phƣơng pháp này tuy có nhƣợc điểm là phải làm việc ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao nhƣng có ƣu điểm là không cần sử dụng xúc tác. Nhờ vậy, quá trình xử lý sau phản ứng đƣợc đơn giản hóa vì không phải qua giai đoạn tách xúc tác khỏi sản phẩm. Đồng thời cũng không cần phải qua tinh chế etyl este và glyxerin vì các sản phẩm này không bị lẫn tạp chất. * Cơ chế của phản ứng este hóa chéo. Quá trình este hóa chéo bao gồm một loạt các phản ứng thuận nghịch và nối tiếp. Triglyxerit đƣợc chuyển hóa từng bƣớc thành diglyxerit, monoglyxerit và cuối cùng thành glyxerin. Một mol este đƣợc giải phóng ra sau mỗi bƣớc. Phản ứng là thuận nghịch nhƣng cân bằng vẫn chuyển dịch về phía tạo este của axit béo và glyxerin Phản ứng este hóa chéo đƣợc thực hiện trên nhiều loại xúc tác khác nhau, tuy nhiên cho đến nay cơ chế mới đƣợc nghiên cứu kỹ trên xúc tác bazơ kiềm. Cơ chế này đƣợc mô tả nhƣ sau: Đầu tiên là phản ứng của phân tử rƣợu với xúc tác bazơ tạo thành alkoxit: B + ROH = RO - + BH + Sau đó gốc RO- tấn công vào nhóm cacbonyl của phân tử glyxerit tạo thành hợp chất trung gian: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 2 6 R1-COOCH2 R1-COOCH2 | | R2-COOCH + OR -  R2-COOCH | | H2 C – O – C – R3 H2 C – O – C – R3 || | O OOR Hợp chất trung gian không bền, tiếp tục tạo anion và một alkyl tƣơng ứng: R1-COOCH2 R1-COOCH2 | | R2-COOCH R2-COOCH + RCOOR3 | | H2 C – O – C – R3 H2 C – O – | OOR Cuối cùng là sự hoàn nguyên lại xúc tác theo phƣơng trình: R1-COOCH2 R1-COOCH2 | | R2-COOCH + BH + R2-COOCH + B | | H2 C – O – H2 C – OH Xúc tác B lại tiếp tục phản ứng với các diglyxerit và monoglyxerit giống nhƣ cơ chế trên, cuối cùng tạo ra các alkyl este và glyxerin.[1] * Phương pháp hai giai đoạn. Đối với những nguyên liệu đầu có hàm lƣợng axit béo tự do cao thì axit béo sẽ phản ứng với xúc tác tạo thành xà phòng nếu phản ứng sử dụng xúc tác kiềm. Lƣợng axit béo tự do tối đa đối với phản ứng xúc tác kiềm là 2% nhƣng tốt hơn là 1%. Tuy nhiên nhiều nguyên liệu đầu vào có hàm lƣợng axit béo tự do cao hơn nhiều (ví dụ: dầu hạt cao su) và chúng phải đƣợc tinh chế để đạt đến yêu cầu. Quá trình tinh chế thƣờng đƣợc tiến hành trên phản ứng hai giai đoạn: chuyển hóa este trên xúc tác axit để làm giảm hàm lƣợng axit béo tự do xuống dƣới 1%. Sau đó tiến hành phản ứng trao đổi este bằng xúc tác kiềm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 2 7 Giai đoạn 1: Tiến hành phản ứng este hóa trên xúc tác axit nhằm chuyển lƣợng axit béo thành este để đƣa hàm lƣợng axit béo tự do trong dầu xuống dƣới 1%. Rƣợu đƣợc dùng là metanol với tỷ lệ mol metanol/dầu là 25/1. Lƣợng metanol cho dƣ rất nhiều so với lƣợng dầu do phản ứng este hóa tạo ra nƣớc sẽ làm giảm hiệu suất của phản ứng khi sử dụng xúc tác axit (H2SO4 đặc), metanol dƣ sẽ hấp thụ nƣớc tạo ra. Sau khi phản ứng kết thúc, thì hỗn hợp tạo thành sẽ lắng thành hai lớp. Lớp trên chủ yếu là metanol dƣ, axit sunfuric, nƣớc sẽ đƣợc tách ra. Sản phẩm thu đƣợc ở lớp dƣới đƣợc rửa và chƣng loại nƣớc sẽ có hàm lƣợng axit béo đảm bảo đƣợc dùng làm nguyên liệu tổng hợp dung môi sinh học sử dụng xúc tác kiềm. Giai đoạn 2: Tổng hợp alkyl este từ dầu đã xử lý trên xúc tác kiềm. Sản phẩm của giai đoạn 1 sau khi tách axit, metanol, nƣớc, đƣợc dùng làm nguyên liệu cho giai đoạn 2. Sau khi phản ứng kết thúc thì hỗn hợp phản ứng sẽ lắng tách thành hai lớp. Lớp trên chủ yếu là alkyl este đƣợc tách rửa nƣớc, chƣng loại nƣớc thu đƣợc alkyl este đạt tiêu chuẩn chất lƣợng. Lớp dƣới chủ yếu là glyxerin đƣợc rửa nƣớc, chƣng loại nƣớc thu đƣợc glyxerin tinh chế có giá trị kinh tế cao. [1] * Xúc tác của quá trình. Xúc tác của quá trình: Phản ứng este hóa chéo của dầu thực vật có thể đƣợc xúc tác xúc tác bởi kiềm, axit hoặc enzym. Quá trình este hóa chéo trên kiềm diễn ra nhanh hơn trên xúc tác axit. Tuy nhiên, nếu glyxerit có hàm lƣợng axit béo tự do cao hơn và độ ẩm cao hơn thì quá trình este hóa chéo sử dụng xúc tác axit lại thích hợp hơn. Xúc tác axit thƣờng là axit sunfuric, axit sunfonic và các axit clohydric. - Xúc tác axit: Chủ yếu là axit Bronsted nhƣ H2SO4, HCl… xúc tác đồng thể trong pha lỏng. Phƣơng pháp này đòi hỏi nhiều năng lƣợng cho quá trình tinh chế sản phẩm. Các xúc tác này cho độ chuyển hóa cao nhƣng chỉ khi nhiệt độ trên 1000C và thời gian phản ứng lâu hơn (ít nhất là 6h) mới đạt độ chuyển hóa hoàn toàn. - Xúc tác bazơ: Xúc tác kiềm đƣợc sử dụng trong quá trình chuyển hóa este dầu thực vật có thể là xúc tác đồng thể trong pha lỏng nhƣ KOH, NaOH, K2CO3, CH3ONa … Xúc tác đồng thể CH3ONa cho độ chuyển hóa cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhƣng yêu cầu không có nƣớc. Vì vậy, không thích hợp cho các quá trình công nghiệp. - Xúc tác dị thể: Mặc dù, các xúc tác đồng thể trên cho độ chuyển hóa triglyxerit thành este tƣơng ứng rất cao trong khoảng thời gian ngắn nhƣng phản ứng có nhiều hạn chế, tiêu tốn năng lƣợng, việc thu hồi glyxerin gặp khó khăn, sau phản ứng xúc tác axit hoặc xúc tác kiềm đồng thể cẩn đƣợc loại khỏi sản phẩm. Sự có mặt của axit béo tự do, nƣớc gây cản trở cho quá trình phản ứng. Nhiều nghiên cứu đã sử dụng các xúc tác rắn khác nhau, xúc tác MgO cho hiệu suất 11%, trong sự có mặt của octahydrat bari nung ở 2500C, độ chuyển hóa của dầu hạt cải đạt 80% và hiệu suất tạo thành este ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 2 8 là đáng kể. Cần phải quan tâm đến tính bền của xúc tác dị thể với các chất ngộ độc thƣờng xuyên có trong nguyên liệu (nƣớc, axit béo tự do). - Xúc tác enzym: Các enzym là xúc tác sinh học có hiệu quả vì có đặc tính pha nền, đặc tính nhóm chức và đặc tính lập thể trong môi trƣờng nƣớc. Các phƣơng pháp este hóa chéo sử dụng xúc tác enzym có thể vƣợt qua đƣợc những trở ngại gặp đối với quá trình chuyển hóa hóa học nhƣ đã trình bày ở trên. Trên thực tế, có thể ghi nhận rằng sản phẩm phụ glyxerin có thể thu hồi một cách dễ dàng mà không có một quá trình phức tạp nào, đồng thời các axit béo tự do có trong dầu mỡ thải có thể đƣợc chuyển hóa hoàn toàn thành metyl este. Tuy nhiên, cần phải để ý rằng, giá thành của xúc tác Lipaza đắt hơn nhiều so với kiềm. Để có thể sử dụng xúc tác enzym nhiều lần ngƣời ta đã mang enzym lipaza trên chất mang xốp. Việc thu hồi xúc tác để sử dụng nhiều lần đã làm giảm đi rất nhiều chi phí của quá trình, tạo tiền đề cho việc ứng dụng công nghệ vi sinh.[22] * Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình este hoá. - Ảnh hƣởng của độ ẩm và các axit béo tự do. Wright và các cộng sự cho biết rằng, nguyên liệu cho quá trình este hóa glyxerit với xúc tác kiềm cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau: + Glyxerit cần phải có trị số axit thấp. + Nguyên liệu phải đƣợc làm khan hoàn toàn. + Hàm lƣợng nƣớc phải rất nhỏ (nƣớc có tác hại vì gây ra phản ứng xà phòng hóa, làm tiêu tốn và giảm hiệu quả của xúc tác). Mặt khác, xà phòng sinh ra làm tăng độ nhớt tạo thành gel và làm quá trình tách glyxerin rất khó khăn. Nếu lƣợng xà phòng nhiều có thể làm cho khối phản ứng đông đặc lại. Nhƣ vậy hàm lƣợng nƣớc và axit béo tự do trong nguyên liệu có ảnh hƣởng rất mạnh đến hiệu suất chuyển hóa của quá trình trao đổi este. Do vậy công nghệ sản xuất phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu. Với nguyên liệu có hàm lƣợng nƣớc và axit béo tự do cao thì nhất thiết phải qua công đoạn xử lý sơ bộ trƣớc khi đƣa vào thiết bị phản ứng. - Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng. Nhiệt độ phản ứng là thông số quan trọng ảnh hƣởng đến quá trình trao đổi este. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng càng tăng, càng làm thúc đẩy quá trình tạo este. Nhƣng nếu nhiệt độ quá cao thì làm bay hơi etanol nhiều và phân huỷ các chất tạo thành. Nhiệt độ sôi của etanol là 780C nên phản ứng tiến hành ở nhiệt độ 70-800C - Ảnh hƣởng của áp suất: Áp suất không ảnh hƣởng nhiều đến tốc độ phản ứng. Phản ứng thƣờng đƣợc tiến hành ở áp suất khí quyển. - Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 2 9 Do các chất phản ứng tồn tại trong hai pha tách biệt nên tốc độ khuấy đóng vai trò quan trọng. - Ảnh hƣởng của lƣợng alcol dƣ. Tỷ lệ alcol và glyxerit là yếu tố ảnh hƣởng quan trọng tới hiệu suất. Tỷ lệ phƣơng trình phản ứng đối với quá trình trao đổi este đòi hỏi 3 mol alcol và 1 mol glyxerit để tạo thành 3 mol este của axit béo và 1 mol glyxerin. Tuy nhiên, do phản ứng là thuận nghịch nên để tăng hiệu suất chuyển hóa phải dùng lƣợng etanol dƣ. Mặt khác tỷ lệ mol phụ thuộc vào loại xúc tác sử dụng. Phản ứng xúc tác bằng axit cần tỷ lệ mol lớn gấp nhiều lần phản ứng xúc tác bằng bazơ để đạt đƣợc cùng độ chuyển hoá. Theo Bradshaw và Meuly thì khoản tỷ lệ mol etanol/dầu thích hợp đối với quá trình este hoá chéo sử dụng xúc tác kiềm là 12/1 đến 15/1. - Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng. Thời gian phản ứng có ảnh hƣởng nhiều đến độ chuyển hóa của phản ứng. Thời gian phản ứng càng dài thì độ chuyển hoá càng tăng nhƣng nếu phản ứng quá lâu sẽ tạo ra nhiều sản phẩm phụ, tốn kém năng lƣợng và không kinh tế. Thời gian phản ứng tốt nhất từ 4-9h. 1.5.2. Nghiên cứu tổng hợp etyl lactat. Alkyl lactat là este của axit lactic đƣợc tổng hợp từ axit lactic và rƣợu alcol nhƣ: Metanol, etanol, propylnol, isopropylnol…Do vậy nguyên liệu để sản xuất akyl lactat là axit lactic và các ancol. a. Tổng quan về nguyên liệu sử dụng cho quá trình tổng hợp. * Axit lactic. Đƣợc điều chế bởi sự lên men Glucose hoặc lên men yếm khí đƣờng với men Lactic - là dạng khối kết tinh rất hút ẩm hoặc dạng siro đặc, không mầu hoặc vàng nhạt. Axit lactic công nghiệp có màu từ vàng tới màu nâu và mùi axit khó chịu. Dạng axit thƣơng mại và dƣợc phẩm thƣờng có nồng độ axit Lactic từ 75% hoặc hơn. - Công thức hóa học: Axit lactic hay 2-hydroxypropanoic acid có công thức hóa học: CH3CH(OH) – COOH hoặc - Tính chất vật lý: Nóng chảy ở nhiệt độ 25÷26oC. Tan tốt trong nƣớc, alcol, glyxerin, ete nhƣng không tan trong cloroform, ete dầu hỏa,… Axit lactic có nhiều trong rau quả muối chua và các sản phẩm lên men chua nhƣ sữa chua, bánh bao, bánh mì, bún, nƣớc giải khát lên men… do quá trình chuyển hóa đƣờng thành axit lactic dƣới tác dụng của vi khuẩn. Axit lactic có vị chua dịu nên đƣợc dùng trong công nghiệp bánh kẹo, ứng dụng trong lên men rau quả và bảo quản rau quả. [10]. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 3 0 - Tính chất hóa học: Do trong phân tử axit lactic có chứa đồng thời 2 nhóm chức là cacboxyl –COOH và nhóm alcol –OH nên axit lactic có đầy đủ tính chất của 1 axit hữu cơ và của alcol. + Phản ứng este hóa: Khi tác dụng với alcol có mặt axit làm xúc tác, ta thu đƣợc este. CH3CH(OH) – COOH + ROH CH3CH(OH) – COOR + H2O + Phản ứng thế: Axit lactic có thể tham gia phản ứng thế Cα bởi nguyên tử halogen ở điều kiện thích hợp. + Loại nƣớc tạo anhydrit: Hai phân tử axit lactic có thể tham gia phản ứng để tạo thành anhydrit và nƣớc. Phản ứng có sự tham gia của chất hút nƣớc mạnh (chẳng hạn P2O5). 2CH3CH(OH) – COOH 2CH3CH(OH) – COOCOCH(OH)CH3 + H2O * Alcol. Alcol đƣợc sử dụng trong tổng hợp akyl lactat là các mono alcol. Trong phân tử chứa nhóm chức –OH nên có tính chất hóa học của một mono alcol đó là: Tham gia phản ứng este hóa, phản ứng loại nƣớc khỏi phân tử, phản ứng oxy hóa... [5,7]. Một số alcol thƣờng đƣợc sử dụng trong tổng hợp alkyl lactat đó là: Metanol, etanol, isopropylnol... Một trong những tính chất hóa học của mono alcol là tham gia phản ứng este với axit (vô cơ và hữu cơ), phản ứng này có nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Trong phạm vi đồ án ta tổng hợp akyl lactat từ rƣợu etanol. Khái quát về etanol: - Có công thức phân tử: CH3CH2OH. Là chất lỏng không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn nƣớc. - Trong công nghiệp etanol có thể đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp hydrat hóa etylen, lên men đƣờng hay ngũ cốc. - Etanol tan vô hạn trong nƣớc và tạo hỗn hợp đẳng phí với nƣớc ở nồng độ 96% etanol và 4% nƣớc. Để nâng cao độ tinh khiết của etanol ngƣời ta có thể dùng phƣơng pháp chƣng cất với lƣợng nhỏ benzen hoặc dùng phƣơng pháp sàng phân tử hấp phụ có chọn lọc nƣớc từ dung dịch 96% etanol. - Etanol đƣợc dùng để điều chế ete, este, cloral, cloroform, làm dung môi cho sơn, cao su, chế tạo nƣớc hoa. - Etanol có thể đƣợc sử dụng nhƣ là nhiên liệu cồn, trong các sản phẩm chống đông lạnh (vì điểm đóng băng của etanol thấp). b. Lý thuyết tổng hợp etyl lactat. H + ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 3 1 Etyl lactat là một dung môi thân thiện với môi trƣờng có thể đƣợc điều chế từ nguyên liệu sinh học. Etyl lactat đã đƣợc thƣơng mại hóa và giá thành rẻ hơn dung môi truyền thống. Ngày nay, ngƣời ra đã thay thế hàng triệu lít dung môi độc hại bằng etyl lactat. Do những cải tiến về phƣơng thức sản xuất nên giá thành của etyl lactat khá rẻ. * Tính chất của etyl lactat - Công thức: C5H10O3 - Tên hóa học: ethyl 2-hydroxypropanoat - Tên gọi khác: Ethyl lactat, etyl este của axit lactic, 2-Hydroxypropanoic, actylol, actytol. - Màu sắc: Trong, có màu vàng rất nhạt gần nhƣ trong suốt. - Mùi: Nhẹ, thơm giống mùi trái cây. - Mật độ : 1,03g/cm3 - Nhiệt độ đông đặc: - 260C. - Nhiệt độ sôi: 155 oC - Tính tan: Tan rất mạnh trong nƣớc, ete, trong rƣợu. - Khối lƣợng mol: 118,13g/mol [10] * Cấu trúc hóa học: CH3 – CH – COOC2H5 | OH Etyl lactat có thể sử dụng một mình hoặc kết hợp với các dung môi khác để làm các chất tẩy rửa nhƣ tẩy sơn, mực, tẩy rửa dầu mỡ và dung trên các bề mặt rắn nhƣ thủy tinh, gốm sứ, kim loại. * Phản ứng điều chế etyl lactat CH3 – CH – COOH + C2H5OH  CH3 – CH – COOC2H5 + H2O | | OH OH Tuy nhiên, cơ chế của phản ứng trên khá phức tạp do sự hiện diện của nhóm hydroxyl trong phân tử axit lactic. Quá trình este hóa có thể diễn ra giữa hai phân tử axit lactic và sau đó tạo ra oligome của axit lactic, theo sơ đồ phản ứng sau: 2CH3 – CH – COOH CH3 – CH – COOCH – COOH + H2O | | | OH OH CH3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 3 2 Mặt khác, oligome của etyl lactat cũng đƣợc rạo ra trong quá trình este hóa oligome của axit lactic theo phản ứng: 2CH3 – CH – COOCH – COOH + C2H5OH | OH CH3 – CH – COOCH – COOC2H5 + H2O | | OH CH3 Để hạn chế sự tạo thành oligome của etyl lactat cần sử dụng một lƣợng lớn etanol dƣ, tỷ lệ mol của etanol/axit lactic thấp nhất là 2,5. Trong quá trình tinh chế etyl lactat thu đƣợc từ phản ứng este hóa axit lactic, một phản ứng chuyển hóa giữa hai phân tử etyl lactat có thể xuất hiện theo phản ứng sau: 2CH3CH(OH)CO2CH2CH3 —> CH3CH(OH)CO2CH(CH3)CO2CH2CH3 + + CH3CH2OH Phản ứng trên diễn ra khi có mặt của xúc tác kiềm nhƣ alkyl octhotitan hoặc các hợp chất kẽm. Phản ứng này cũng có thể xảy ra khi gia nhiệt trong quá trình tinh chế sản phẩm, do vậy quá trình tinh chế cần tiến hành ở áp suất thấp. Quá trình este hóa axit lactic diễn ra khá phức tạp do sự có mặt của oligome của axit lactic ngay trong thành phần ban đầu, do sự cạnh tranh của phản ứng este hóa mong muốn giữa axit lactic và etanol, và hai phản ứng este hóa không mong muốn giữa axit lactic và etyl lactat, giữa etanol và oligome của axit lactic. Mặt khác, có khả năng hình thành hỗn hợp đồng sôi giữa nƣớc và etyl lactat do đó lƣợng nƣớc có trong phản ứng càng ít càng tốt. Để tách nƣớc hình thành trong các phản ứng este hóa trên cách đơn giản nhất là tạo ra hỗn hợp đẳng phí của nƣớc - etanol. Tuy nhiên, kết quả là hỗn hợp etanol - nƣớc không thể sử dụng tuần hoàn trong phản ứng trung gian và dẫn tới quá trình este hóa không kinh tế. [14] 1.5.3. PHA TRỘN DUNG MÔI SINH HỌC. [1] Pha trộn là công đoạn cuối cùng nhằm pha chế dung môi sinh học. Trên cơ sở alkyl este, etyl lactat, phụ gia sẽ khảo sát hàm lƣợng tối ƣu của các loại đó và các điều kiện, trình tự để pha trộn. Tùy theo mục đích sử dụng của dung môi sinh học mà thành ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 3 3 phần pha trộn có thể khác nhau. Vì mỗi thành phần có chức năng khác nhau tạo nên tính hòa tan tốt của sản phẩm. a. Alkyl este. Alkyl este là thành phần chính của dung môi. Với tính chất phân cực nhẹ và số cacbon tƣơng đối lớn, alkyl este có khả năng hòa tan tốt các chất có phân tử lƣợng lớn nhƣ sơn cao cấp, mực in, dầu mỡ. So với hydrocacbon từ dầu khoáng, alkyl este có điểm chớp cháy thấp, độ bay hơi thấp, không độc hại nên rất thích hợp để làm dung môi sinh học. b. Etyl lactat. Là một chất đồng thời có chức rƣợu và chức axit, etyl lactat có những ƣu điểm sau: Là dung môi rất tốt để hòa tan nhựa nhƣ xenlulozơ, nhựa acrylic, polyuretan, polyester, alkyt, epoxy. Là một chất có độ tan tốt trong nƣớc. Có độ bay hơi tƣơng đối thấp, vì vậy nó có hiệu quả trong việc ứng dụng vào các chất xử lý bề mặt. Khi pha vào alkyl este, etyl lactat làm tăng tính phân cực, dẫn đến tăng tính hòa tan. Mặt khác, do có độ nhớt thấp nên etyl lactat còn làm giảm độ nhớt của alkyl este, giúp cho dung môi sinh học có giá trị độ nhớt nằm trong giới hạn cho phép. c. Phụ gia. Phụ gia kết hợp với etyl lactat, các chất này có vai trò hòa tan các thành phần trong dung môi sinh học tạo thành dung dịch đồng nhất. Bản chất các chất đó cũng có hoạt tính bề mặt và độ nhớt thấp nên đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn về phụ gia. Tùy theo hàm lƣợng của từng chất trong hỗn hợp, etyl lactat và phụ gia sẽ điều chỉnh đƣợc các chỉ tiêu kỹ thuật của dung môi sinh học nhƣ: Giá trị Kauri-butanol, tỷ trọng, độ nhớt, độ tan trong nƣớc và một số tính chất khác. Cần nghiên cứu khảo sát để tìm lƣợng phụ gia thích hợp. 1.6. GIỚI THIỆU VỀ BAO BÌ. 1.6.1. Vật liệu làm bao bì. Bao bì phân đạm là loại bao bì nhựa. Nhựa đƣợc cấu tạo bởi các polyme (resin) và chất phụ gia. a. Polyme. Polyme là các đại phân tử có đƣợc do lặp đi lặp lại (đôi khi trên 100000 lần) một kiểu mắt xích. Số lần tái diễn mắt xích xác định các tính chất của nhựa. Trong các polyme ngƣời ta phân biệt: - Homopolyme, đƣợc cấu tạo bởi các kiểu mắt xích cùng một loại: thẳng, phân nhánh hoặc dạng mạng lƣới. Trong loại này, chẳng hạn ngƣời ta tìm thấy polyetylen có ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 3 4 tỉ trọng cao hay polyetylen có tỉ trọng thấp. - Copolyme có đƣợc do các kiểu mắt xích khác nhau, có những tính chất khác nhau. Ngƣời ta chia ra làm 3 loại copolyme tĩnh,copolyme xen kẽ hay copolyme chuỗi. b. Các chất phụ gia. Nhiều chất thành phần đƣợc sử dụng khi sản xuất bao bì nhựa, hoặc để cho sự sản xuất đƣợc dễ dàng, hoặc cải thiện vài tính chất của chúng. - Chất phụ gia sản xuất: tác nhân chống tĩnh điện (hạn chế sự tụ điện trên bề mặt và do đó chống đƣợc bụi bám), dầu nhờn, chất dẻo hoá (giảm độ nhờn), chất nhũ hoá...[2, 8] - Cải thiện các tính chất cơ học: chất chống oxy hoá, chất chống UV, chất diệt nấm... - Cải thiện mỹ quan: chất màu, tác nhân cải thiện sự truyền ánh sáng. Bao bì đựng gạo, phân bón, ximăng, thức ăn gia súc, ngƣời ta sản xuất theo phƣơng pháp: từ hạt nhựa PP kéo thành màng, cắt thành sợi, quấn vào lõi từ mỗi cuộn (nhiều cuộn) đƣa vào máy dệt thành ống, sau đƣa vào máy khâu đáy bao để sau khi cho sản phẩm vào bao họ sẽ khâu nối đầu còn lại. 1.6.2. Các loại nhựa chính làm bao bì. - Polyetylen (PE) : – (CH2 – CH2 ) –n - Polypropylen (PP) : – (CH2 – CH) –n | CH3 - Polyvinyl clorua (PVC) : – (CH2 – CH) –n | Cl - Polystyren (PS) : – (CH2 – CH) – | C6H5 - Polyterephtalat etylen glycol (PET) : – (C – C6H4 – C – O – CH2 – CH2 – O) –n || || O O Chúng tôi nghiên cứu khả năng tẩy mực in và tẩy sơn trên bao bì phân đạm. ngƣời ta sản xuất theo phƣơng pháp : từ hạt nhựa PP kéo thành màng, cắt thành sợi, quấn vào lõi từ mỗi cuộn (nhiều cuộn) đƣa vào máy dệt thành ống, sau đƣa vào máy khâu đáy bao để trƣớc/sau khi cho sản phẩm vào bao họ sẽ khâu nối đầu còn lại. Có những nhu cầu vì sản phẩm ngƣời ta phải ghép một lớp PELD bên mặt trong để sản phẩm đƣợc bảo quản theo yêu cầu. [9]. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 3 5 1.7. GIỚI THIỆU VỀ MỰC IN. 1.7.1. Khái niệm. Mực in là một chất màu đƣợc pha chế từ nhiều thành phần khác nhau dùng để tạo ra sự tƣơng phản về màu sắc trên vật liệu in qua khuôn in, nó phải phù hợp với phƣơng pháp in và tính chất của vật liệu in. 1.7.2. Cấu tạo, phân loại. Mực in offset là một hỗn hợp lỏng quánh ở dạng huyền phù, mịn. Thành phần cấu tạo gồm có: hạt màu (pigment), chất liên kết, phụ gia. - Pigment: là các chất màu tạo ra màu sắc cho cho mực in, nếu không có pigment thì không tạo ra mực in, màu của pigment là màu của mực. - Pigment là những hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ có màu, có công thức hoá học khác nhau và chúng có đặc điểm chung là không thấm nƣớc, không tan trong nƣớc, cồn, kích thƣớc siêu mịn (trong in offset đƣờng kính hạt pigment nhỏ hơn 1mm), đồng thời pigment hầu nhƣ không tan trong dung môi hữu cơ, không có ái lực với vật liệu, với các nguyên vật liệu sản xuất mực. Pigment quyết định các tính chất quang học của mực, quyết định đến tính chất bền màu của mực in. - Những pigment đem chế tạo mực in đều phải có các tính chất sau: + Màu của pigment cần tinh khiết và sáng sủa. Độ bền đối với ánh sáng (tính không thay đổi màu) của pigment phải cao. + Lực màu của pigment phải cao để đảm bảo khi chế tạo mực in, chỉ cần dùng lƣợng nhỏ pigment cũng đủ để chế tạo đƣợc mực có màu đậm. + Độ trong của pigment phải cao để có thể đem dùng chế tạo loại mực in ba, bốn màu. Nếu pigment dùng để chế tạo loại mực in dùng in tranh ảnh quảng cáo, in lên loại bìa cứng của sách, in lên sắt tây thì cần