Khoá luận tốt nghiệp khảo sát một số tính chất hóa lý vật liệu polyme trộn hợp (glucomannan chitosan)

Do đó, việc nghiên cứu biến tính để cải thiện các tính năng cơ, lý, kĩ thuật của polyme trộn hợp là vấn đề cấp thiết để mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong kĩ thuật.. Chính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2

C h u yên n gàn h: H óa C ôn g n gh ệ - m ôi trư ờ n g

HÀ NỘI, 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2

C h u yên n gàn h: H óa C ôn g n gh ệ - m ôi trư ờ n g

N gười hướng dẫn khoa học:

T h s Lại Thị Thúy

HÀ NỘI, 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.s Lại Thị Thúy

Viện Hóa Học - Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình hướng

dẫn và truyền đạt cho em các phương pháp nghiên cứu khoa học và những kinh nghiệm học thuật quý báu trong quá trình thực hiện khóa luận

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, các anh chị tại Viện Hóa Học - Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Đồng thời em xin cảm ơn thầy giáo ThS Lê Cao Khải, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Hóa Học - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2, đã tạo điều kiện cho em được tiếp thu những kiến thức chuyên môn về hóa học hữu cơ và công nghệ môi trường

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ cho em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này

Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp dù cố gắng nhưng em không tránh khỏi những sai sót Vì vậy, em kính mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên quan tâm

Em xỉn chân thành cảm ơn Ị

Hà Nội, tháng 05 năm 20ỉ 5

Sinh viên

Lê Thị Thắm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần các chất trong hydrogel (glucomannan/chitosan) 26Bảng 2.2 Thành phần điều chế dung dịch khác n h a u 31Bảng 3.1 Độ trương nở của hydtogel glucomannan/chitosan theo

sự thay đổi p H 40Bảng 3.2 Độ trương nở của glucomannan/chitosan 80:20 (wt/wt)

theo thời g ia n 41

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Các phương pháp biến tính polyme .6

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại phương pháp biến tính polyme bằng cách cắt mạch polym e 9

Hình 1.3 Cấu trúc của chitosan 12

Hình 1.4 Cấu trúc glucomannan 17

Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm tông hợp chế tạo màng chitosan biến tính glucomannan 27

Hình 3.1 Phổ IR cuả hydrogel KGM/CHI 34

Hình 3.2 Độ tương hợp của vật liệu polyme trộn hợ p 35

Hình 3.3 Phân tích nhiệt của vật liệu polyme trộn họp 36

Hình 3.4 Độ kéo bền (ơb) và độ kéo dài (eb) phụ thuộc hàm lượng glucomannan 37

Hình 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng Chitosan tới khả năng trương nở của polyme trộn h ọ p 38

Hình 3.6 Ảnh hưởng tác nhân tạo liên kết ngang tới độ trương nở của polyme trộn h ợ p 39

Hình 3.7 Độ trương nở của hydtogel glucomannan/chitosan theo sự thay đổi pH 40

Hình 3.8 Đồ thị độ biến dạng của gel KGM/CHI theo thời g ia n 42

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tình hình nghiên cứu polyme trộn họp trên thế giới và Việt N am 3

1.1.1 Tinh hình nghiên cứu polyme trộn hợp trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình nghiên cún polyme trộn hợp ở Việt Nam 4

1.2 Biến tính polyme và và các phương pháp biến tính polyme 4

1.2.1 Khái niệm chung về biến tính p olym e 4

1.2.2 Các phương pháp biến tính polym e 6

1.3 Giới thiệu vật liệu chitosan 11

1.3.1 Một số tính chất của chitosan 12

1.4 Giới thiệu vật liệu glucom annan 17

1.4.1 Tính chất vật lý 17

1.4.2 Tính chất hóa học 19

1.4.3 ứ n g dụng của glucomannan và dẫn xuất 20

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT 25

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cún 25

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 25

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cún 25

2.2 Thực nghiệm 26

2.3 Các phương pháp hóa lý khảo sát cấu tróc của polyme trộn hợp 28

2.3.1 Phương pháp phổ hồng n g o ại 28

2.3.2 Phương pháp phân tích nhiệt DSC 28

2.4 Khảo sát khả năng trương nở của polyme trộn họp 28

2.4.1 Độ trương nở của hydrogel tổng hợp 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc của vật liệu 33

3.1.1 Phân tích phổ hồng ngoại (IR ) 33

3.1.2 Phân tích kính hiển vi điện tử quét (SE M ) 35

3.1.3 Phương pháp phân tích nhiệt DSC 35

3.2 Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu 37

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng khả năng trương nở của polyme trộn hợp 37

KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

Ngày nay, ngành hóa học vật liệu ở nước ta đã chế tạo và nghiên cứu nhiều loại vật liệu từ các polyme trong đó có vật liệu polyme thiên nhiên như: glucomannan, chitosan Vật liệu này đã, đang và sẽ có mặt trong các lĩnh vực của đời sống và kĩ thuật với nhũng ưu điểm nổi trội.

Vật liệu polyme thiên nhiên vốn có sẵn trong cơ thể sinh vật đã được loài người khai thác, sử dụng từ xa xưa để phục vụ cho cuộc sống của mình Song vật liệu polyme tổng họp thì tới thế kỉ XIX mới được phát hiện và phát triển mạnh từ thế kỉ XX

Trong nhũng năm gần đây, sản lượng polyme trộn họp trên thế giới không ngừng tăng theo thời gian Do các đặc điếm về tính năng cơ, lý, hóa học của polyme thiên nhiên nên nó có khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực của đời sống, kinh tế, kĩ thuật Tuy nhiên, việc ứng dụng của polyme trộn hợp trong kĩ thuật còn rất hạn chế Do đó, việc nghiên cứu biến tính để cải thiện các tính năng cơ, lý, kĩ thuật của polyme trộn hợp là vấn đề cấp thiết để mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong kĩ thuật Chính vì vậy, được sự giúp đỡ của phòng Polyme thiên nhiên Viện Hoá học - Viện Hàn Lâm Khoa

học và Công nghệ Việt Nam, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Khảo sát một số tính

chất hóa lý vật liệu polymetrộn hợp(glucomannan/chitosan) ” với mục tiêu

khảo sát polyme trộn họp có tính năng cơ, lý tốt, nhằm phát triển sản xuất vật liệu polyme trộn hợp, phục vụ phát triển kinh tế và xã hội

Nội dung của nghiên cứu của đề tài được đề ra:

- Khảo sát cấu trúc vật liệu polyme trộn hợp

- Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu polyme trộn họp

- Từ những kết quả nghiên cứu thu được, đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tình hình nghiên cứu polyme trộn họp trên thế giói và Việt Nam

1.1.1 Tình hình nghiên cứu polyme trộn hợp trên thế giới

Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu tông hợp và ứng dụng polyme trộn hợp trên thế giới cũng như tại Việt Nam Các loại polyme trộn họp có thế chế tạo trên cơ sở polyme bend giữa các loại nhựa nhiệt dẻo với tinh bột hay được tổng họp từ các polyme có khả năng tương thích sinh học cao như: glucomannan, chitosan , hoặc polyme bend giữa các polyme phân huỷ sinh học với các polyme khác Đặc biệt, những công trình nghiên cứu để chế tạo ra các loại màng sinh học phục vụ chữa bệnh, chăm sóc sức khoẻ cho con người được đặc biệt ưu tiên và phát triển mạnh mẽ trên thế giới [1]

Trước tiên phải kể đến là polyme trên cơ sở glucomannan với chitosan, đây là polyme ở dạng màng mỏng có khả năng thấm nước tốt Polyme được tạo ra ở dạng màng mỏng trên cơ sở glucomannan với chitosan, có tác nhân glutaradehyt làm chất khâu mạch, màng sinh học này được sử dụng như màng thay thế Ket quả nghiên cứu cho thấy: màng mỏng có độ bền cơ lý tốt, không còn tồn tại nhóm gây độc

Hiện tại có 2 phương pháp chế tạo polyme có cấu trúc mạng lưới: một là phương pháp tạo lưới bằng phản ứng trùng họp theo cơ chế gốc hoặc sửdụng các tác nhân khâu mạch (như glutaradehyt, epiclorhydrin ); hai là phương pháp khâu mạch bằng bức xạ [9]

Mỗimột phương pháp đều có điểm ưu việt và hạn chế của nó Tuỳ vào từng yêu cầu cụ thể mà người ta có thể lựa chọn phương pháp thích hợp và phù hợp nhất cho mục tiêu của mình

Người ta có thể sử dụng polyme glucomannan để biến tính rất đa dạng các polyme thiên nhiên và cùng với các polyme tổng họp để tạo sản phẩm cấu trúc mạng lưới cónhiều tính chất ưu việt về cơ, lý, hoá

1.1.2 Tình hình nghiên cún polyme trộn hợp ở Việt Nam

Nghiên cún những loại polyme mới công nghệ cao là vấn đề đang được các nhà khoa học thế giới quan tâm và tập trung nghiên cún Đây là một lĩnh vực khoa học mới ở nước ta Tuy nhiên trong những năm qua được sự quan tâm và đầu tưcủa Nhà nước, hiện nay trong nước có nhiều tác giả tại các cơ sở (trường, viện) đã nghiên cún về lĩnh vực này dưới dạng thực hiện nhiệm vụ,

đề tài các cấp

- Nhóm tác giả Nguyễn Thị Ngọc Tú và cộng sự (Viện Hoá học- trung tâm KHTN&CNỌG) đã tiến hành nghiên cún chế tạo màng bằng polyme sinh học từ polyme compozit trên cơ sở chitin/ chitosan dùng trong y tế

- Nhóm nghiên cún do G.S.TS Nguyễn Văn Khôi và cộng sự (Viện Hoá Học- Viện Hàn lâm KH&CNVN) đã nghiên cún các loại polyme ưa nước như: polyacrylic axit, polyacryl amit, tinh bột biến tính và ứng dụng của chúng

- Nhóm nghiên cứu do Nguyễn Thị Thu Thảo đã tống họp màng polyme

có khả năng phân huỷ sinh học từ polyvinyl ancol và các polysaccarit tự nhiên (tinh bột sắn, chitosan) với ure và glyxerol đóng vai trò hỗn họp hoá chất dẻo, ứng dụng của màng polyme phân huỷ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp như làm màng bảo quản trái cây, làm bầu ươm cây giống, kiểm soát khả năng nhả chậm của phân bón

Nhìn chung các công trình nghiên cứu đã đạt được những kết quả tốt, tập trung chủ yếu vào hướng tổng hợp polyme ứng dụng trong ngành dược phẩm

và y tế, một số kết quả đã được ứng dụng thử nghiệm thực tế

1.2 Biến tính polyme và và các phương pháp biến tính polyme

ỉ 2.1 Khái niệm chung về biến tính polyme

Sự biến tính các họp chất cao phân tử có nguồn gốc tự nhiên cũng như tổng họp là một phương pháp quan trọng để tổng họp các vật liệu polyme Có thể biến tính bằng phương pháp hoá học và bằng phương pháp vật lý

Biến tính polyme là phương pháp tổng họp polyme thành phần, cấu trúc, tính chất không có sẵn khi trùng hợp trục tiếp monome Sản phẩm polyme biến tính có thể ở dạng thương mại, tạo điều kiện đế phát triển loại vật liệu mới cho các ứng dụng đặc biệt bằng cách sử dụng phương pháp hoá học trên mạch polyme.

+ Biến tính hoá học: Là phản ứng trên các mạch chính của họp chất cao phân tửnhưng không có sự phân huỷ Biến tính hoá học có thể bằng cách sử dụng chất biến tính hoặc bằng cách ghép mạch polyme Trong đó ghép mạch

là một trong những phương pháp biến tính hứa hẹn nhiều triến vọng Ghép

hoá học, bức xạ quang

+ Biến tính vật lý: bao gồm sự bổ sung của chất ổn định cũng như các chất gia cường (vô cơ) và sự trộn lẫn của các polyme khác nhau (polyme blend)

1,2.2 Các phương pháp biến tính polyme

Biến tính polyme gồm các phương pháp chính được trình bày trong sơ

Biến tính polyme bằng các phụ gia

Polymeblend

Hình 1.1 Các phương pháp biến tính polyme [8]

1.2.1.1 Biến tính polyme bằng phương pháp biến đối hoá học

Đe thay đổi tính chất của polyme tổng họp cũng như polyme thiên nhiên

có thể dùng phương pháp hoá học để chuyển hoá polyme này thành polyme

khác có tính chất khác nhau Các nhóm chức có trong phân từ polyme có đầy

đủ tính chất hoá học hay phản ứng hoá học như những nhóm chức ở hợp chất thấp phân tử Độ đa phân tán của phân tử và sự phân bố của chúng trong mạch thường đưa tới các phản ứng phụ như tạo liên kết ngắn, vòng hoá, tạo liên kết ngang, do đó đã làm thay đổi cấu trúc

Sự biến đổi hoá học có 2 loại chính:

+ Phản ứng biến đổi không làm biến đổi mạch chính hay cấu trúc mạch polyme gọi là biến đổi hoá học đồng dạng

+ Phản ứng biến đổi có sự thay đổi cấu trúc và độ trùng hợp, phản ứng phân huỷ, tạo liên kết cầu, tạo polyme khối hay ghép

Biến đổi hoá học đồng dạng trong đó các nhóm chức của polymecó phản úng tương tự chất thấp phân tử như: clo hoá, nitro axetyl hoá Mặt khác, phản ứng biến đổi hoá học cũng có thể tạo nên những nhóm chức mới do quá trình phân huỷ hay oxi hoá làm thay đổi cấu trúc trong các mắt xích của mạch hoặc do phản ứng thuỷ phân khi tiến hành phản ứng trong dung dịch

1.2.2.2 Biên tính polyme bằng phương pháp khâu mạch

Phản ứng tạo thành các liên kết hoá học, gọi là các liên kết ngang hay liên kết giữa các mạch phân tử polyme là phản ứng khâu mạch Phản ứng cho polyme mạng lưới không gian

Các phản ứng này có thể xảy ra trong quá trình tiến hành phản ứng trùng họp hay trùng ngưng cũng như khi gia công các polyme mạch thắng Phản ứng khâu mạch trong công nghệ cao su gọi là sự lưu hoá, trong công nghệ chất dẻo gọi là sự hoá rắn hay đóng rắn chất dẻo Hai quá trình đều là quá trình tạo liên kết ngang giữa các mạch hay polyme 3 chiều Phản ứng khâu mạch polyme có thể thực hiện bằng các nhóm chức có trong mạch chính polyme hay nối đôi trong các phản ứng hoá học thông thường Có nhiều phương pháp để khâu mạch các hợp chất cao phân tử như:

+ Khâu mạch bằng các nhóm chức có trong mạch chính polyme.

+ Khâu mạch bằng quang hoá

+ Khâu mạch bằng gốc tự do

+ Khâu mạch bằng oxi hoá

+ Khâu mạch ở hai nhóm chức khác nhau ở hai mạch polyme khác nhau

1.2.2.3 Biến tính polyme bang phương pháp cắt mạch phân tử

1.2.2.3.1 Đặc điếm của phương pháp cắt mạch phân tử

Quá trình cắt mặt polyme xảy ra sự phân cắt các liên kết hoá học trong mạch chính nên làm giảm khối lượng phân tửmà không làm thay đổi thành phần hoá học Quá trình này phụ thuộc vào số lượng liên kết bị phân cắt và được so sánh theo tỷ lệ: p=a/n (với a: số lượng liên kết bị phân cắt, n: tổng số liên kết trong mạch phân tử và p: xác suất phân cắt liên kết)

Quá trình cắt mạch xảy ra theo cơ chế gốc, ion hay ion gốc, phụ thuộc vào bản chất liên kết hoá học: cộng hoá trị hay ion Thường liên kết trong polyme là liên kết cộng hoá trị nên cơ chế phân huỷ thông thường của polyme là cắt mạch gốc tự do Các gốc tự do trong quá trình cắt mạch có khả năng kích thích cho phản ứng cắt mạch tiếp theo và phản ứng ngừng lại khi các gốc này được tổ hợp thành phân tử trung hoà có khối lượng phân tử thấp hơn Do đó trong quá trình phân huỷ có thể thêm vào các tác nhân kích thích gốc hoặc ion

Trong quá trình cắt mạch, phân tử polyme tham gia như một khối đồng nhất, phân cắt mạch thành 2 đơn vị động học độc lập Độ bền liên kết trong phân tử và tốc độ phân cắt không phụ thuộc vào độ trùng hợp

1.2.2.3.2 Phân loại phân huỷ các họp chất cao phân tử

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại phương pháp biến tính polyme bằng cách cắt

mạch polyme

1.2.2.4 Biến tính polyme bằng chất dẻo

Sử dụng chất dẻo để biến tính polyme là phương pháp quan trọng làm thay đổi cấu trúc của vật liệu polyme Các chất hoá dẻo được sử dụng nhằm 2 mục đích: trợ giúp quá trình gia công và làm thay đổi tính chất của sản phẩm cuối cùng

Chất hoá dẻo thường là hợp chất hữu cơ ở dạng ete hoặc este hoặc có thể

là polyme, làmgiảm nhiệt độ nóng chảy (Tnc) và nhiệt độ hoá thuỷ tinh (Tg)

của polyme Các chất hoá dẻo thông thường là những chất có khối lượng phân

tử thấp, lỏng, khó bay hơi và hoàn toàn trộn lẫn với polyme

Các chất hoá dẻo có nhiệm vụ là: tăng và duy trì tính mềm dẻo, có ảnh hưởng tối thiểu đến độ chảy mềm của polyme nhưng phải làm cho polyme đàn hồi đến mức tối đa và không độc

1.2.2.5 Biến tính polyme bằng phương pháp chế tạo blend

+ Vật liệu tổ hợp (polyme bend) là một trong những thành tựu của ngành khoa học vật liệu trong nhiều năm trở lại đây Loại vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ kỹ thuật cao cho đến đời sống như: hàng không, đường sắt, ô tô, điện tử, dệt may, nông nghiệp, y tế, Đây là loại vật liệu mới kết họp được nhiều tính chất của các vật liệu thành phần, đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật, giá thành, tiết kiệm thời gian hơn so với các vật liệu được tổng hợp từ các phương pháp trùng hợp, đồng trùng hợp Trong polyme bend đồng thể, hai polyme thành phần không còn đặc tính riêng và tính chất của polyme bend thường là trung bình cộng của hai polyme đó Trong polyme bend dị thể, các tính chất của hai polyme thành phần hầu như được giữ nguyên Vật liệu polyme trộn hợp có những tính chất vượt trội hơn

so với từng thành phần polyme đứng riêng rẽ, tính chất có nhiều ưu điểm nhằm mục đích thoả mãn yêu cầu sử dụng Khi trộn glucomannan với chitosan tính chất cơ lý của màng được cải thiện đáng kể: độ bền kéo đứt, độ trương, tính chất nhiệt, đã được nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cún

liệu có nhiều pha, trong đó có một pha liên tục (matrix) và một hoặc nhiều pha phân tán ( dispersion phase) Mỗi một pha được tạo nên bởi một polyme thành phần

Một trong những yếu tố quan trọng để đánh giá đặc tính của polyme bend như tính chất, hình thái, cấu trúc và khả năng hoà trộn và tương họp giũa các polyme thành phần trong hệ Do khác nhau về khối lượng phân tử, nhiệt

độ nóng chảy, độ phân cực, cấu trúc, độ nhớt, khả năng hoà tan trong dung môi nên khi trộn hợp hầu hết các polyme không có khả năng hoà trộn và tương họp với nhau Đe đánh giá mức độ trộn họp của các polyme, người ta đưa ra các khái niệm về khả năng hoà trộn (miscibility) và khả năng tương

họp (compatibiliti) Khả năng hoà trộn các polyme thể hiện sự trộn họp các polyme ở mức độ phân tử và tạo thành hệ vật liệu polyme đồng thể, một pha.Khi đó mức độ phân tán của một polyme trong polyme nền đạt kích thước phân tử hay kích thước nanomet Khi các polyme thành phần không có khả năng trộn hợp về mặt nhiệt động, hệ các polyme sẽ tách pha Khả năng tương hợp của các polyme thể hiện khả năng trộn các polyme vào nhau bằng biện pháp kỹ thuật để tạo thành một hệ vật liệu mới đáp ứng các nhu cầu đề ra như: tăng cường tính cơ lý, độ bền nhiệt, độ bền dung m ôi Thực tế có nhiều polyme không có khả năng trộn họp về mặt nhiệt động nhung polyme blend của chúng vẫn có tính chất cơ lý, độ bền nhiệt tốt, tức là các polyme thành phần có khả năng tương hợp tốt, đáp ứng yêu cầu sử dụng nhất định.

1.3 Giới thiệu yật liệu chitosan

Chitin là một polysacarit mạch thắng gồm các mắt xích N-axetyl-D- glucosamin với liên kết (3(1-4) Chitosan, dẫn xuất deaxetyl hóa của của chitin, là một polysacarit mạch thẳng gồm các mắt xích D-glucosamin với liên kết (3(1-4) Là một polysacationic tự nhiên, chitin/chitosan có nhiều tính chất quý như: tương hợp sinh học, tự phân hủy sinh học, không gây kích ứng và không độc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: dược phẩm, công nghệ sinh học, xử lý nước thải, mỹ phẩm, nông nghiệp, thực phẩm, dệt

polysaccharides như: carboxymethylcellulose, xanthan, alginate, carrageenan, gellan, oxychitin và oxpullulan, chondroitin và hyaluronan, poly(axit galact- uronic), poly(L-glutamic acid), cacboxymethyl glucomannan c ấu trúc của chitosan được minh họa như sau:

1.3.1.2.M ột số tính chất khác

• Mức độ deaxetyl hóa

Quá trình deaxetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm axetyl khỏi chuỗi phân tử chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao.Mức độ axetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất

chitosan bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này Mức độ axetyl hóa của chitosan vào khoảng 56% - 99% (nhìn chung là 80%) phụ thuộc vào loài giáp xác và phương pháp sử dụng Chitin có mức độ axetyl hóa khoảng 75% trở lên thường được gọi là chitosan.

• Độ nhớt

Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của chitosan Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao, điều này có thể không mong muốn trong đóng gói công nghiệp Nhưng chitosan có độ nhớt cao thu được từ phế phẩm của các loài giáp xác thì rất thuận tiện cho đóng gói

Một số nhân tố trong quá trình sản xuất như mức độ deaxetyl hóa, khối lượng nguyên từ, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hưởng đến sản xuất chitosan và tính chất của nó Ví dụ, độ nhớt của chitosan tăng khi thời gian khử khoáng tăng Độ nhớt của chitosan trong dung dịch axitaxetic tăng khi pH của dung dịch này giảm, tuy nhiên nó lại giảm khi pH của dung dịch HC1 giảm, việc tăng này đưa đến định nghĩa về độ nhớt bên trong của chitosan, đây là một hàm phụ thuộc vào mức độ ion hóa cũng như lực ion Quá trình loại protein trong dung dịch NaOH 3% và sự khử trong quá trình khử khoáng làm giảm độ nhớt của dung dịch chitosan thành phấm Tương tự như vậy, độ nhớt của chitosan bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý (nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng, siêu âm) và hóa học (sử lý bang ozon), trừ quá trình làm lạnh thì nó sẽ giảm khi thời gian và nhiệt độ xử

lý tăng Dung dịch chitosan bảo quản ở 4°c được cho là ổn định nhất

• Tính tan

Chitin không tan trong nước chỉ tan trong mội số dung môi hữu cơ Chitosan tan trong các dung dịch axit pH dưới 6 Các axit hữu cơ như axetic formic và lactic thường được sử dụng để hòa tan chitosan Thường sử dụng

nhất là dung dịch chitosan 1 % tại pH = 4 Chitosan cũng tan trong dung dịch HCl 1% nhưng không tan trong H 2 S O 4 và H 3 P O 4 Dung dịch axit axetic nồng

độ cao tại nhiệt độ cao có thể dẫn đến depolyme hóa chitosan Ở pH cao, có thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đông tụ nguyên nhân là do hình thành hỗn họp poly - ion với chất keo anion Tỉ lệ nồng độ giữa chitosan và axit rất quan trọng Ớ nồng độ dung môi hữu cơ cao hơn 50%, chitosan vẫn hoạt động như

là một chất gây nhớt giúp cho dung dịch mịn Có một vài nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch chitosan bao gồm nhiệt độ và thời gian quá trình deaxetyl hóa, nồng độ các chất kiềm, việc xử lý sơ bộ, kích thước của các phần tử Tuy nhiên tính tan của dung dịch còn bị ảnh hưởng của mức độ axetyl hóa, mức

độ deaxetyl hóa trên 85% để đạt được tính tan mong muốn

• Tỷ trọng

Tỷ trọng của chitin từ tôm và cua thường là 0,06 và 0,17 g/ml, điều này cho thấy chitin từ tôm xốp hơn từ cua Chitin từ nhuyễn thể xốp hơn từ cua 2,6 lần Trong một nghiên cứu về dẫn nhiệt cho thấy tỷ trọng của chitin và chitosan từ giáp xác rất cao (0,3 9g/cm3) [2] Sự so sánh giữa tỷ trọng của giáp xác và chitin, chitosan thương phẩm cũng chỉ ra một vài sự khác biệt, điều này có thể do loài giáp xác hoặc phương pháp chế biến, ngoài ra, mức độ deacetyl hóa cũng làm tăng tỷ trọng của chúng

• Khả năng kết hợp với nước (WBC) và khả năng kết hợp với chất béo (FBC)

Sự hấp thụ nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với cellulose hay chitin Thông thường, khả năng hấp thụ của chitosan khoảng 581-1150% (trung bình là 702%), và sự thay đổi trong thứ tự sản xuất như quá trình khử khoáng và khử protein cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng giữ nước và giữ chất béo Sự khử protein sau quá trình khử khoáng sẽ làm khả năng giữ nước tăng Bên cạnh đó quá trình khử màu cũng là nguyên nhân làm giảm khả năng này của chitosan hơn là chitosan từ giáp xác không khử trắng

• Khả nãng tạo màng

Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm, trong các sản phẩm đóng gói trong áp suất thay đổi của thịt, cá tươi hay đã qua chế biến Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm Neu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển Màng chitosan cũng khá dài, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả Rau quả rau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn Táo có phủ màng chitosan có thể giữ tươi trong 6 tháng, nó cũng làm chậm quá trình chín chuối hơn 30 ngày, chuối có màu vàng nhạt khác hắn với màu thâm như bảo quản thông thường

1.3.1.3 M ột số ủng dụng của chitosan và dãn xuất của nó

Chitosan là một loại polysacarit có nhiều nhóm chức (hydroxyl, amino ) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn sinh thái và môi trường sống, đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, xử lý môi trường, nông nghiệp,

Tổng lượng chitosan tiêu thụ năm 1994 ước tính khoảng 800 tấn Trong

đó khoảng 40% được sử dụng trong sử lý nước thải, 20% cho phụ gia thực phẩm, 15% cho nông nghiệp và lượng còn lại được dùng trong công nghiệp dệt, mỹ phẩm và y dược

* ứ n g dụng trong xử lý nước thải

Hiện nay, việc bảo vệ môi trường sinh thái đang trở thành vấn đề quan trọng trong phạm vi toàn cầu nên các nhà công nghiệp buộc phải quan tâm

thích đáng đến vấn đề cải tiến công nghệ cũng như xử lý chất thải (rắn, lỏng, khí) để chúng không ảnh hưởng đến môi trường Bên cạnh đó xây dựng quy trình công nghệ xử lý nước thải cũng như sản xuất nước sạch là những vấn đề đang được quan tâm Chitosan được coi là nguồn nguyên liệu tự nhiên, 1'ẻ tiền

và hiệu quả trong việc hấp thụ ion kim loại nặng, kim loại quý hiếm và thuốc nhuộm Đe tăng đặc tính hấp phụ của các loại vật liệu này các nhà khoa học quan tâm đến hai hướng biến tính chitosan sau:

- Biến tính lý học

Chitosan là polyme có tính linh hoạt cao, vì vậy có thể dễ dàng được biến tính tạo thành dạng bột, dạng hạt nano, dạng gel, màng, dạng tấm xốp, dạng sáp ong, dạng sợi, được ứng dụng trong các lĩnh vực như: xử lý nước thải, trong y tế hay trong công nghiệp dệt

- Biến tính hoá học

thực hiện biến tính hoá học chitosan nhằm hai mục đích chính sau:

giảm sự hoà tan chitosan khi quá trình hấp phụ ( hoặc giải hấp phụ) thực hiện trong môi trường axit

Tăng khả năng hấp phụ nhờ đưa những nhóm chức mới vào mạch chitosan

Một số hướng biến tính chính nhằm cải thiện khả năng hấp phụ ion kim loại nặng và thuốc nhuộm

+ Tạo dẫn xuất chitosan thông qua phản ứng ghép: tăng trung tâm hấp phụ; thay đổi khoảng pH của quá trình hấp phụ; thay đổi trung tâm hấp phụ hoặc cơ chế hấp phụ

- Hấp phụ ion kim loại

Chitosan và nhiều dẫn xuất của nó đã được sử dụng để hấp phụ ion kim loại quý hiếm

1.4 Giói thiệu yật liệu glucomannan

Konjac Glucomannan là một heteropolysaccharide có nguồn gốc từ

củ konjac Cấu tạo glucomannan được tạo lên từ D- mannopyranose và D-glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kết P- 1,4-glycosit Tùy thuộc vào nguồn gốc của glucomannan mà tỷ lệ D- mannopyranose và D- glucopyranose trong phân tử có sự khác nhau Bên cạnh đó, trên nguyên tử cacbon C3, C6 ở một số loại glucomannan có thêm liên kết(3- 1,3-glycosit và p- 1,4-glycosit với một số đơn vị cấu trúc khác Ngoài ra, đối với một số loại glucomannan, nhóm hydroxyl (-OH) ở nguyên tử cacbon C6 của một mắt xích được axetyl hóa c ấu trúc của glucomannan được minh họa như sau:

đó cải thiện khả năng hòa tan Glucomannan Một số dẫn xuất của