Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo màng polymer trên cơ sở chitosan và poly vinyl alcohol

TÓM TẮT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG POLYMER TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN VÀ POLYVINYL ALCOHOL Học viên: Lâm Thị Ni Na Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520101 Khóa:35 Trường Đại học Bách khoa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



LÂM THỊ NI NA

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG POLYMER TRÊN CƠ

SỞ CHITOSAN VÀ POLY (VINYL ALCOLHOL)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



LÂM THỊ NI NA

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG POLYMER TRÊN CƠ

SỞ CHITOSAN VÀ POLY (VINYL ALCOLHOL)

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG THẾ HY

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm chân thành và trân trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

Quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa, cũng như các Cán bộ giảng viên - Trường Đại học

Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng và phía Trường Đại học Phạm Văn Đồng – Quảng

Ngãi đã tạo điều kiện cho tôi hoàn tất khóa đào tạo Thạc sĩ và định hướng, hoàn thành

nghiên cứu Luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cán bộ Hướng dẫn khoa học

TS Dương Thế Hy đã trực tiếp và tận tụy hướng dẫn để tôi hoàn thành đề tài Luận văn

này

Trân trọng!

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công tin nào khác

Tác giả luận văn

Lâm Thị Ni Na

TÓM TẮT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG POLYMER TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN

VÀ POLY(VINYL ALCOHOL)

Học viên: Lâm Thị Ni Na Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 8520101 Khóa:35 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt- Nghiên cứu này kết hợp giữa 2 nguyên liệu Chitosan và Poly(vinyl

alcohol), để tạo ra màng polymer phân hủy sinh học, có khả năng kháng khuẩn nhằm hướng đến ứng dụng làm bao bì trong các ngành thực phẩm, y tế, từ đó giảm thực trạng ô nhiễm môi trường do rác thải từ bao bì nhựa tổng hợp không phân hủy sinh học, tăng hiệu quả kinh tế cho ngành công nghiệp Việt Nam Đề tài nghiên cứu sơ bộ các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn của PVA, bao gồm hàm lượng acid acetic, glutaraldehyde, nhiệt độ và thời gian đóng rắn Điều kiện tốt nhất cho quá trình tạo màng PVA đóng rắn là: hàm lượng acid acetic và GA lần lượt là 3,5/100 và 1/100 phần khối lượng so với PVA, nhiệt độ đóng rắn là 900C và thời gian đóng rắn là 7h Đưa chitosan vào màng PVA sẽ cải thiện tính kị nước của màng, tạo khả năng kháng khuẩn và làm tăng độ bền kéo của màng Cả màng PVA và PVA/chitosan đều cho thấy

sự tương thích sinh học sau khi chôn trong đất 50 ngày

Từ khóa: Polymer, Poly (vinyl alcohol), Glutaraldehyde, Chitosan, độ trương

BIODEGRADABLE POLYMER FILM BASED ON CHITOSAN AND

POLY (ALCOHOL VINYL)

Abstract-This study combines Chitosan and Poly(vinyl alcohol) (PVA) to create

antibacterial, biodegradable polymer film This film is aimed to alternate nonbiodegradable synthesized plastic packaging, a main cause of environmental pollution, using in food and medical packaging industries Conditions for PVA curing process, including content of acetic acid, glutaraldehyde (GA) as well as temperature and curing time were investigated The best conditions for curing PVA film are: the ratios of acetic acid and GA to PVA (by mass) are of 3.5/100 and 1/100, respectively, curing temperature is 90oC and curing time is 7 hours Adding chitosan to PVA improves the hydrophobicity, creates antibacterial properties and increases the tensile strength of the film Both PVA and PVA/chitosan films show the sign of biocompatibility

Key words-Film, Poly(vinyl alcohol), Glutaraldehyde, Chitosan, biodegradable

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về polymer phân hủy sinh học 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Các loại polymer phân hủy sinh học 3

1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các loại polymer phân hủy sinh học 5

1.1.4 Ứng dụng của polymer phân hủy sinh học 6

1.2 Nguyên liệu chính sử dụng trong đề tài 7

1.2.1 Chitosan (CS) 7

1.2.2 Poly(vinyl alcohol) (PVA) 14

1.2.3 Glutaraldehyde (GA) 21

1.2.4 Acid acetic 22

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 24

2.1 Sơ đồ nghiên cứu 24

2.2 Thực nghiệm 26

2.2.1 Hóa chất 26

2.2.2 Dụng cụ và thiết bị 26

2.2.3 Cách tiến hành: 27

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Kết quả nghiên cứu 31

3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng Acid acetic và nhiệt độ, thời gian đến sự đóng rắn của màng PVA 31

3.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Chitosan đến tính chất cơ lí, khả năng kháng

khuẩn và độ trương của màng 39

3.1.3 Phân tích nhiệt trọng lượng TGA 43

3.1.4 Độ thấm hơi nước 46

3.1.5 Khả năng phân hủy sinh học 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH MỤC VIẾT TẮT

PLA Polylactic acid

PBS Polybutylenne succinate

AAC Polyester đồng trùng hợp mạch thẳng PBAT Polybutyrate adipate terephthalate PHB Polyhydroxyl butyrate

PHV Polyhydroxyl valeate

PCL Polycaprolactone

PET Polyethylene terephthalate

PVA Poly(vilnyl alcohol)

EVOH Ethylene vinyl alcohol

GA Glutaraldehyde

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

3.1: Kết quả khảo sát độ trương của màng PVA ở các hàm lượng acid

acetic và thời gian, nhiệt độ đóng rắn khác nhau 32

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.3: PVA thủy phân hoàn toàn và thủy phân một phần 14

3.1:

Biến thiên độ trương của màng ở các hàm lượng acid acetic khác nhau (sử dụng 3/100 (GA/PVA) phần khối lượng) với nhiệt độ đóng rắn ở 90oC trong 7h)

33

3.2:

Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến độ trương của màng (sử dụng 3/100 GA và 3,5/100 acid acetic phần khối lượng so với PVA), đóng rắn ở 90 0C

3.9: Đồ thị biểu diễn độ tăng khối lượng (gam) của màng PVA

3.11: Màng PVA không đóng rắn (a), PVA đóng rắn (b) và PVA có

15% chitosan (c) sau khi chôn trong đất trong 50 ngày 49

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ngày nay, an toàn thực phẩm luôn là một vấn đề nhận được sự quan tâm của các cơ quan chức năng quản lý nhà nước lẫn người dân Việc sử dụng hóa chất để bảo quản thực phẩm như trái cây, rau quả, thịt cá có thể giúp giữ tươi lâu hơn nhưng lại rất có hại cho sức khỏe của người tiêu dùng Ngoài ra, người ta cũng sử dụng các vật liệu bao gói thực phẩm được làm từ màng nhựa như: polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystylene (PS), Polyvinyle cloride (PVC) Tuy nhiên, các vật liệu polymer tổng hợp này có một số hạn chế nhất định Hàm lượng chất dinh dưỡng của thực phẩm được bảo quản bằng loại vật liệu này vẫn bị suy giảm trong quá trình bảo quản [10] Hơn nữa, thời gian phân hủy chúng kéo dài, khó xử lý, gây ô nhiễm môi trường và có hại sức khỏe của con người

Nhận ra được mặt trái của vần đề, con người bắt đầu nghĩ đến các loại vật liệu khác “thân thiện” hơn với môi trường Đó là các sản phẩm mà sau khi sử dụng, chúng

có thể tự phân hủy tạo ra các hợp chất đơn giản, có ích cho đất và đặc biệt không gây độc hại đến môi trường Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nghiên cứu chế tạo một loại màng bao thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên, dễ bị phân hủy sinh học nhằm khắc phục những khuyết điểm của màng bao polymer hiện nay là cần thiết Trong số những vật liệu đáp ứng cho nghiên cứu, chitosan là một vật liệu tiềm năng Chitosan là một polisaccharide mạch thẳng Nó có nguồn gốc từ các thành phần cấu trúc vỏ các loài giáp xác như tôm, cua… Hợp chất này có khả năng tương thích sinh học và tự phân hủy cao [51] Nó không tan trong nước, có độc tính thấp, hoạt tính sinh học cao và đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng cường khả năng miễn dịch, giảm cholesterol trong máu, hạn chế sự phát triển của khối u, có tác dụng nhanh trên các vết thương, vết bỏng [22] Trong số các đặc tính đã nêu, hoạt tính kháng khuẩn của chitosan và các dẫn xuất của nó đối với cả vi khuẩn Gram âm [27] và Gram dương [15], [53] được xem là một trong các đặc tính quan trọng có liên quan trực tiếp đến tiềm năng ứng dụng sinh học của chúng trong việc tạo ra các chế phẩm bảo quản thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên [14]

Tuy nhiên, màng làm từ chitosan giòn nên cần kết hợp với một polymer khác mềm dẻo hơn để tạo ra màng có độ mềm dẻo phù hợp Poly(vinyl alcohol) (PVA) là một polymer tổng hợp nhưng có khả năng phân hủy sinh học PVA không độc, có độ mềm dẻo cao và giá thành thấp Do đó, việc phối hợp các polymer này lại sẽ tạo thành vật liệu tổ hợp được các ưu điểm của 2 polymer này Chính vì vậy chúng có tiềm năng thay thế các loại polymer tổng hợp không có khả năng phân hủy sinh học, đặc biệt là

trong lĩnh vực bao bì thực phẩm Đó là lí do thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo

màng polymer trên cơ sở chitosan và poly(vinyl alcohol)”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Chế tạo màng từ chitosan và poly(vinyl alcohol) và xác định một số đặc tính của nó

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

Màng polymer trên cơ sở chitosan và poly(vinyl alcohol)

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn, thời gian đóng rắn, nhiệt

độ đóng rắn và thành phần chitosan/poly(vinyl alcohol) đến một số tính chất của màng như độ trương, độ thấm hơi nước, độ bền kéo, khả năng kháng khuẩn, nhiệt trọng lượng TGA

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.2 Ý nghĩa thực tiễn:

- Chitin là thành phần chính trong các phế thải của ngành công nghiệp chế biến thủy sản như nang mực, vỏ cua, tôm nên việc tận dụng được thành phần này giúp nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường Ngoài ra, mục tiêu xa hơn của đề tài là ứng dụng màng vào bảo quả rau quả sau thu hoạch, góp phần làm tăng giá trị các sản phẩm nông nghiệp của nước ta

- Tăng cường khả năng kháng khuẩn khi bao gói, làm thời hạn bảo quản của sản phẩm dài hơn, đặc biệt trong ngành công nghệ thực phẩm

- Giảm thực trạng ô nhiễm môi trường từ rác thải là các loại bao bì nhựa tổng hợp

- Tăng hiệu quả kinh tế cho ngành công nghiệp Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về polymer phân hủy sinh học

1.1.1 Khái niệm

Polymer phân hủy sinh học là loại vật liệu polymer mà quá trình phân hủy của

nó do vi khuẩn đảm nhiệm, không đòi hỏi năng lượng, không tạo ra các chất độc hại cho môi trường

Sự phân huỷ sinh học là một quá trình tự nhiên, trong đó các chất hữu cơ được chuyển thành những hợp chất đơn giản hơn, không làm ô nhiễm môi trường Sự phân huỷ sinh học có thể xảy ra trong sinh quyển khi các vi sinh đóng vai trò trung tâm trong quá trình phân huỷ [6]

1.1.2 Các loại polymer phân hủy sinh học

1.1.2.1 Các polymer phân hủy sinh học tự nhiên

Polymer phân hủy sinh học tự nhiên là các polymer được tạo ra trong tự nhiên, trong các chu kỳ sinh trưởng của các cơ thể sống Việc tổng hợp chúng chủ yếu là sự trùng ngưng từ các monomer xúc tác hoạt hóa bằng enzyme Các monomer này được hình thành một cách đặc thù trong các tế bào nhờ các quá trình trao đổi phức tạp [6]

Các polymer phân hủy sinh học tự nhiên chủ yếu:

Polysaccharide: tinh bột và cellulose, chitin và chitosan, Alginate, Gelatine

1.1.2.2 Các polyester phân hủy sinh học

Polyester đóng vai trò áp đảo trong chế tạo nhựa phân hủy sinh học nhờ có chứa các liên kết ester dễ bị thủy phân Polyester có hai nhóm chính đó là polyester mạch thẳng và polyester vòng thơm

Các polyester phân hủy sinh học chủ yếu:

+ Polylactic acid: PLA

+ Polyethylene terephthalate: PET

+ Polyvilnyl alcohol: PVA

+ Ethylene vinyl alcohol: EVOH

Hình 1.1: Sơ đồ polymer phân hủy sinh học

1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các loại polymer phân hủy sinh học

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nghiên cứu về màng polymer sinh học cũng được tiến hành rộng rãi, nhằm tạo ra những màng có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, khả năng giữ nước, phân hủy sinh học mà giá thành hợp lý Do đó hiện nay trên trên thế giới và ở Việt Nam, các nghiên cứu về màng polymer sinh học rất nhiều và cũng đưa vào ứng dụng thực tế

1.1.3.1 Các nghiên cứu polymer sinh học trên thế giới

- Yumiko Nakano và cộng sự trong [56] đã chế tạo màng trên cơ sở phối trộn PVA và chitosan và nghiên cứu cấu trúc và tính chất vật lý của chúng Kết quả nghiên cứu cho thấy sự trộn lẫn giữa PVA và chitosan là do các điểm rối vật lý gây ra bởi các phần vô định hình của hai cấu tử này Hàm lượng chitosan trên bề mặt màng sau khi kéo dãn cao hơn so với hàm lượng phối trộn ban đầu Kết quả đo DSC cho thấy tinh thể PVA bị biến đổi khi phối trộn với chitosan

- Emo Chellini và cộng sự trong [21] đã nghiên cứu về màng polymer phân hủy sinh học trên cơ sở PVA và sợi lignincellulosic Kết quả tính chất của màng được tạo

ra tương đối tốt Việc thêm vào màng tinh bột bắp làm giảm đi một phần nhỏ tính chất của màng nhưng giá thành sẽ thấp Để cải thiện khả năng chịu nước, tính kết dính của màng polymer thì hexamethoxymethylamine được thêm vào có vai trò như là tác nhân liên kết ngang và đồng thời nó cũng ảnh hưởng lên tính chất cơ học của màng Sự hiện diện của tinh bột trong màng polymer giúp cho màng dễ bị phân hủy sinh học

- Zhao Guohua và cộng sự trong [57] đã nghiên cứu về khả năng kháng nước, tính chất cơ học và sự phân hủy sinh học của màng polymer trên cơ sở tinh bột bắp biến tính và PVA Kết quả chỉ ra rằng việc dùng tinh bột bắp biến tính cho khả năng

kỵ nước tốt hơn so với tinh bột bắp thông thường, nhưng thay đổi không đáng kể theo

tỉ lệ biến tính tinh bột

1.1.3.2 Các nghiên cứu polymer sinh học tại Việt Nam

- Nhóm nghiên cứu do GS.TS Nguyễn Văn Khôi và cộng sự (Viện hóa học – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu các loại polymer ưa nước như: polyacrylic acit, polyacrylamit, polyvinyl pyrolidon, polyvinyl alcolhol, tinh bột biến tính và ứng dụng của chúng [3]

- Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Phạm Ngọc Lân chủ trì đã nghiên cứu về quá trình trộn hợp LDPE với tinh bột trong phòng thí nghiệm để chế tạo màng tự hủy [6]

- Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Phạm Thế Trinh (Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam) chủ trì, nghiên cứu vật liệu tự hủy từ những năm 2000 Giai đoạn 2001-

2003 đã chế tạo màng mỏng tự hủy trên cơ sở LDPE với tinh bột sắn, có sự tham gia

của các chất trợ phân tán, trợ tương hợp, các phụ gia quang hóa, oxy hóa, phụ gia phân hủy [12]

- Nhóm nghiên cứu do Nguyễn Thị Thu Thảo đã tổng hợp màng polymer có khả năng phân hủy sinh học từ polyvinyl alcohol và các polysaccarit tự nhiên (tinh bột sắn, cacboxymetylxenlulo, chitosan) với ure và glyxerol đóng vai trò hỗn hợp chất hóa dẻo, ứng dụng của màng polyme phân hủy sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp như làm màng bảo quản trái cây, làm bầu ươm cấy giống, kiểm soát khả năng nhả chậm của phân bón [9]

1.1.4 Ứng dụng của polymer phân hủy sinh học

Các ứng dụng bao bì chiếm khoảng 47% tổng nhu cầu thị trường polymer sinh học năm 2005 Những sản phẩm khác trong các lĩnh vực y tế, nông nghiệp và sản xuất giấy đóng vai trò nhỏ hơn nhưng không kém phần quan trọng, chiếm 11% tổng nhu cầu thị trường [8]

Các lĩnh vực ứng dụng cụ thể của polymer phân hủy sinh học:

1.1.4.1 Trong lâm, nông nghiệp

Màng mỏng từ polymer đã được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp từ những năm 30, 40 của thế kỷ trước để làm màng che, phủ, hom ươm cây,… Màng polymer

có tác dụng giữ hơi ẩm cho đất, ngăn cỏ dại phát triển, có tác dụng ổn định nhiệt của đất vì vậy làm tăng tốc độ phát triển của cây trồng các polymer làm màng phủ thông dụng là polyetylen tỉ trọng thấp (LDPE), polyvinylclorua (PVC), polybutylen (PB) và copolyme của etylen với vinyl acetat,… Tuy nhiên, sau khi hết thời gian sử dụng, các polymer này hầu như không bị phân hủy hoàn toàn trong đất gây ra nhiều khó khăn cho môi trường và cho bản thân người trồng trọt

Trong những năm gần đây, polymer phân hủy sinh học được định hướng sử dụng để làm màng che phủ trong nông nghiệp nhờ khả năng tự phân hủy sau một thời gian nhất định dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và các vi sinh vật trong đất Màng phân hủy giúp cho thu hoạch thuận lợi, giảm giá thành sản xuất và không gây trở ngại cho vụ mùa sau Các màng mỏng polymer có thể bị phân hủy quang và phân hủy sinh học Để vật liệu có khả năng phân hủy quang, người ta thường đưa vào polyme một số chất quang hóa và oxi hóa Tỉ lệ phối trộn được điều chỉnh sao cho khi cây phát triển thì polymer bắt đầu phân hủy Màng mỏng phân hủy sinh học trên cơ sở với polyvinyl alcohol đã được ứng dụng ở Mỹ

1.1.4.2 Ứng dụng làm bao bì, túi đựng hàng hóa

Polyme phân hủy sinh học được ứng dụng chủ yếu làm bao bì cho ngành công nghiệp thực phẩm Yêu cầu của bao bì làm từ tổ hợp polyme phân hủy sinh học là phải đạt được các tính chất gần như của polyme tổng hợp Polyme thiên nhiên phân hủy

sinh học dùng để sản xuất bao bì phổ biến là polysaccharide, bao gồm tinh bột, cellulose và chitosan Để cải thiện tính chất của màng, người ta phối hợp polymer thiên nhiên và polymer tổng hợp Mức độ phân hủy của màng trong trường hợp này phụ thuộc vào tỉ lệ phối trộn giữa polyme tổng hợp và polyme thiên nhiên và bản chất hóa học của từng cấu tử Tổ hợp LDPE với 10% tinh bột ngũ cốc được dùng để sản xuất các túi đựng rác và thực phẩm bằng các công nghệ thông thường Pullulan là polyme được tổng hợp từ các loại nấm, có cấu tạo từ các vòng maltotrise nối với nhau bởi liên kết α-1,6 Đây là polyme tan trong nước, ứng dụng để sản xuất màng bao gói hàng hóa mỏng và trong suốt, có thể ăn được và có độ thấm khí thấp Poly (L-lactic acid) (LPLA) được tổng hợp từ phản ứng ngưng tụ lactic acid có độ bền kéo đứt 45 ÷ 70 MPa, độ giãn dài khi đứt 85 ÷ 105% Bao bì từ LPLA được dùng làm túi đựng rác và tạp phẩm, khăn vệ sinh, bao gói và hộp đựng thức ăn nhanh Tuy nhiên, do giá thành cao nên ít được phổ biến trong thực tế

vậy, ngày nay chitin-chitosan và các dẫn xuất vẫn đang được quan tâm nghiên cứu ứng dụng trong nhiều các lĩnh vực khác nhau như y dược, công nghệ thực phẩm, mỹ phẩm, nông nghiệp, công nghệ môi trường [1], [58]

1.2.1.2 Cấu trúc của chitosan

Chitosan một polysacarit mạch thẳng, là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C(2) Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết β -(1-4)-glicozit,

do vậy chitosan có thể gọi là poly β (14)2amino2deoxiDgluco hoặc là poly β (1-4)-D- glucozamin Cấu tạo hóa học của chitosan như sau:

-1.2.1.3 Tính chất hoá học của chitosan

Trong phân tử chitin, chitosan có các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt xích D-glucozamin, nghĩa là chúng vừa có tính chất của ancol lại vừa có tính chất của amin và amit Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N- hoặc dẫn xuất thế O-, N [38]

Mặt khác, chitin, chitosan là những polymer mà các monomer được nối với nhau bởi các liên kết β -(1-4)-glicozit, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các tác nhân hoá học như: axit, tác nhân oxy-hóa và các enzym thuỷ phân

a) Phản ứng ở nhóm hydroxyl

Tương tự như các ancol đa chức, tính axit của nhóm hydroxyl khá mạnh, chitin phản ứng được với Na, NaOH tạo thành hợp chất có cấu trúc ancolat gọi là chitin kiềm

[C6H7O3NHCOCH3(OH)2]n + 2nNaOH →[C6H7O3NHCOCH3(ONa)2]n + 2nH2O Chitin kiềm là sản phẩm trung gian để sản xuất các chitin ete

[Chit(ONa2)]n + 2nRX → [Chit(OR2)]n + 2nNaX

Phản ứng với axit, anhydric axetic hay HCl tạo ra sản phẩm ở dạng este [Chit[OH)2]n + 2nHCl → [Chit(OCl)2]n + 2nH2O

Ngoài ra, chitin còn phản ứng được với ankyl sunfat trong ankyl halogenua, các hợp chất vinyl tạo este

Trong mỗi mắt xích của chitin có nhóm (-OH) ở C3 và C6, đều có khả năng tham gia phản ứng Do cấu trúc phân tử, nhóm (-OH) ở C3 bị án ngữ không gian nên khả năng phản ứng kém hơn so với ở vị trí C6 [39]

Phản ứng axetyl hóa chitin bởi Anhydrit Acetic trong môi trường pyridin chịu ảnh hưởng lớn của nhiệt độ, thời gian, chất xúc tác và đặc biệt là nguồn nguyên liệu điều chế chitin Nhiều công trình nghiên cứu biến tính chitin cho thấy β-chitin là loại vật liệu đầy tiềm năng so với α-chitin để tiến hành các phản ứng hóa học [2], [7]

Các dẫn xuất O-axyl chitosan có thể được tổng hợp từ phản ứng của chitosan với các anhidric axit, halogen axit:

Có thể thực hiện phản ứng axetyl hóa theo phương pháp trên Kết quả nghiên cứu cho thấy, phản ứng axetyl hóa có thể xảy ra hoàn toàn mà không có phản ứng phụ

khi xử lý β-chitin ở dạng huyền phù với Anhydrit Acetic trong pyridin dưới tác dụng

của xúc tác 4-dimetyl aminopyridin (DMAP) [40]

Các dẫn xuất O-cacboxyankyl chitosan thường được tổng hợp từ phản ứng của chitin-chitosan với axit monohalogen ankanoic trong môi trường kiềm đặc, phản ứngxảy ra như sau [40]:

b) Phản ứng ở nhóm axetamit

Chitin có khả năng tham gia phản ứng thể hiện tính chất amin bậc 2 như phản ứng đề axetyl hóa tạo thành chitosan

Phản ứng trên thường được thực hiện trong dung dịch NaOH 40% ở 120°C, thời gian 1 đến 3 giờ Hiệu suất phản ứng deaxetyl hóa đạt khoảng 70% Do

100-đó, sản phẩm phản ứng là mạch polyme chứa đồng thời các mắt xích glucosamin đan xen với D-glucosamin

N-axetyl-D-c) Phản ứng ở nhóm amino

Nhóm NH2 ở vị trí C2 trên mạch chitin, chitosan, trên nguyên tử nitơ có đôi điện tử không phân chia, do đó về mặt hóa học, chúng có khả năng phản ứng cao với các tác nhân ái điện tử để tạo ra các dẫn xuất tương ứng Nhóm NH2 có thể tham gia vào các phản ứng như ankyl hóa với các tác nhân chứa nhóm cacbonyl như các andehyt, anhydric axit, phản ứng ankyl hóa trực tiếp với các tác nhân chứa nhóm halogen, phản ứng Michael với các tác nhân chứa các liên kết đôi Phản ứng biến tính vào nhóm NH2 thường được áp dụng để tạo ra các sản phẩm biến tính tan trong nước

Dẫn xuất tan trong nước N,N,N-trimetyl chitosan đã được tổng hợp từ phản ứng của chitosan với CH3I với sự có mặt của NaI và N-metyl-2-pyrolidon/ NaOH Phản ứng xảy ra như sau [37]:

Trong quá trình tổng hợp dẫn xuất N-cacboxymetyl chitosan, ban đầu chitosan phản ứng với axit glyoxylic trong môi trường axit tạo thành dạng bazơ Schiff, sau đó dưới tác dụng của tác nhân khử NaCNBH3 sẽ chuyển thành dẫn xuất N-cacboxymetyl chitosan [2]

Ở điều kiện thích hợp, ngoài dẫn xuất thế một lần tạo dẫn xuất N-cacboxymeyl chitosan, phản ứng trên còn tạo thành dẫn xuất N,N-dicacboxymetyl chitosan - một dẫn xuất tan trong nước [2]

Tương tự, các dẫn xuất N-cacboxyankyl chitosan khác cũng được điều chế từ các axit cacboxylic có nhóm anđehyt hoặc keton như axit pyruvic, axit β-hydroxypyruvic, axit 2-ketoglutaric, axit đehyđroascorbic với sự tham gia của axit levulinic [4042 trong những điều kiện thích hợp còn có thể tạo ra dẫn xuất 5-metylpyrolidion chitosan [2] Phản ứng xảy ra như sau:

5 metylpyrolidion chitosan

d) Phản ứng cắt mạch polyme

Ngoài các phản ứng ở các nhóm chức hoạt động, chitin-chitosan còn có tính chất chung của các polyme là có thể tham gia phản ứng cắt mạch phân tử tạo thành các phân tử có mạch ngắn hơn, thường được gọi là các oligome Phản ứng cắt mạch có ý nghĩa quan trọng vì độ dài mạch quyết định trực tiếp đến các tính chất vật lý và hóa học của polyme Chitin, chitosan là polyme có khối lượng phân tử lớn (10-500kDa) tùy thuộc vào nguồn gốc và phương pháp điều chế Mạch chitin, chitosan có thể bị thủy phân trong môi trường axit làm đứt liên kết β-glucozit tạo thành các oligosaccarit, disaccarit, hoặc phân hủy đến cùng tạo ra các monome Phản ứng xảy ra như sau [42], [48], [58]

1.2.1.4 Ứng dụng của chitosan và dẫn xuất

Chitin, chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu như: có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao, không gây

dị ứng, không gây độc hại cho người và gia súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II) Do vậy, chitin, chitosan và một số dẫn xuất của chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: lĩnh vực xử lí nước thải

và bảo vê môi trường, y dược, y sinh, nông nghiệp, công nghiệp…

Hình 1.2: Một vài ứng dụng của Chitosan

Ứng dụng trong xử lý nước thải

Chitosan có khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng Do đặc tính của nhóm amin tự do trong cấu trúc chitosan được tạo thành khi deacetyl hóa chitin, các phức chelat của nó làm cho khả năng hấp phụ kim loại tăng gấp 5 đến 6 lần so với chitin Khi ghép một số nhóm chức vào khung cấu trúc của chitosan sẽ làm tăng khả năng hấp phụ kim loại của chitosan lên nhiều lần

N(o-cacboxybenzyl) chitosan, N-cacboxymetyl chitosan- hai dẫn xuất tan trong nước và dithiocacbamat chitosan- dẫn xuất không tan trong nước là các chất hấp phụ ion kim loại từ chitosan đã được Muzzarelli và Tanfani khảo sát [44]

Ứng dụng trong y sinh

Chitosan còn có khả năng chống viêm cấp trên mô lành Băng cứu thương kiểu mới, kỹ thuật cao, có thành phần cấu tạo bởi chất chitosan So với các loại băng thường, tốc độ cầm máu, tính sát khuẩn và thời gian lành mô khi sử dụng loại băng này có hiệu quả hơn gấp nhiều lần [11]

Chitosan ở cấu trúc nano, với tính năng quan trọng là tương thích sinh học và

có khả năng phân hủy sinh học có thể được sử dụng như một chất dẫn thuốc tiềm năng Để tạo cấu trúc phù hợp với mục đích dẫn thuốc cho chitosan, nhóm nghiên cứu Trần Đại Lâm sử dụng tripolyphosphat (TPP) làm chất tạo liên kết ngang thông qua tương tác tĩnh điện Từ thời gian nhả thuốc khi không có CS-TPP vào khoảng 7-8 giờ trong môi trường giả dịch ruột và khoảng 0,5 giờ trong môi trường giả dịch dạ dày, artesunat đã được kéo dài thời gian nhả lên khoảng 25-30 giờ [5] Trên cơ sở đó, CS-TPP đã được ứng dụng làm chất dẫn thuốc cho thuốc trị sốt rét artesunat (dẫn xuất artemisinin) [5], [41]

Vật liệu tổ hợp chitosan/nano bạc (CS/Ag-NPs) được nghiên cứu ứng dụng trong việc kháng khuẩn trong dung dịch nhờ đặc tính kháng khuẩn đặc biệt của hạt nano bạc Khả năng kháng khuẩn của vật liệu trên đã được khảo sát với một số vi

khuẩn như vi khuẩn gram âm (E.Coli và P.aeruginosa), vi khuẩn gram dương (L.fermentum, S.aureus và B.subtilis) và nấm (C.albians) Các kết quả khảo sát đã

chứng minh khả năng ứng dụng của vật liệu CS/Ag-NPs trong dung dịch kháng khuẩn [26]

Nhiệt trị là một liệu pháp trị bệnh khá phổ biến, trong đó có điều trị bệnh ung thư Vật liệu hạt từ được biết đến là chất có thể làm môi trường sinh nhiệt (tự đốt nóng) dưới tác dụng của từ trường xoay chiều với yêu cầu ứng dụng y sinh là phải bền lâu và có thông số tốc độ đốt riêng ban đầu SRA (Specific Adsorption Rate) phải đạt

đủ cao (tiến hành ở khoảng cường độ từ trường 80 Oe và tần số 236 kHz) Một số kết quả ban đầu khi sử dụng O – cacboxymetyl chitosan làm chất bọc hạt sắt từ Fe3O4 để nghiên cứu khả năng đốt nhiệt cũng đã thể hiện khả năng ứng dụng hạt nano chitosan biến tính trong việc nhiệt trị điều trị ung thư [5]

Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Chitosan là polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng, chitosan đã được đưa vào thành phần thức ăn: sữa chua, bánh kẹo, nước ngọt, chất phụ gia bảo quản tốt cho giò và bánh cuốn ở nhiệt độ phòng Vật liệu chitosan được sử

dụng để bảo quản đóng gói thức ăn, hoa quả tươi, thủy hải sản tươi, khô

Ứng dụng trong nông nghiệp

Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng chủ yếu là xử lý hạt giống tự nhiên

và chất tăng trưởng của thực vật, như một thuốc trừ sâu sinh thái thân thiện giúp tăng khả năng bẩm sinh của cây trồng chống nhiễm trùng nấm

Chitosan giúp tăng quang hợp, thúc đẩy và tăng cường sự tăng trưởng thực vật, kích thích sự hấp thu chất dinh dưỡng, tăng tỷ lệ nảy mầm và tăng sức sống thực vật Khi sử dụng như xử lý hạt giống hoặc lớp phủ giống trên bắp, bông, khoai tây giống,

đậu tương, củ cải đường, cà chua, lúa mì và các hạt giống khác, nó tạo nên một phản ứng miễn dịch trong sự phát triển của rễ bằng việc phá hủy u nang tuyến trùng của giun tròn ký sinh mà không ảnh hưởng đến cơ thể [18]

Chitosan có hoạt tính kháng khuẩn cao nên trong những năm gần đây, chitin, chitosan và các sản phẩm biến tính được quan tâm ứng dụng nhiều trong việc bảo quản các sản phẩm nông sản sau khi thu hoạch như: cam, chanh, cà chua, chuối, dâu tây, vải, táo và một vài sản phẩm khác và đã thu được kết quả khả quan [20]

1.2.2 Poly(vinyl alcohol) (PVA)

1.2.2.1 Khái niệm

PVA là một polymer tan trong nước PVA thu được bằng phản ứng thủy phân polyvinyl acetate Con đường tổng hợp không đi từ monomer là vinyl alcohol do các monomer này không bền và không thể phân lập được để trùng hợp thành PVA [3] PVA được tìm ra đầu tiên bởi Hermann và Haehnel vào năm 1924 bằng thủy phân polyvinyl acetate trong ethanol với potassium hydroxide Nhóm acetate được thủy phân bằng cách trao đổi ester với ethanol với sự có mặt của muối khan sodium methalate hoặc dung dịch sodium hydroxide Những đặc trưng vật lý hoặc chức năng

sử dụng cụ thể phụ thuộc vào mức độ trùng hợp hoặc mức độ thủy phân PVA có hai loại chủ yếu là thủy phân một phần và thủy phân toàn phần PVA thủy phân một phần thường được sử dụng nhiều trong thực phẩm

Hình 1.3: PVA thủy phân hoàn toàn và thủy phân một phần

1.2.2.2 Tính chất của PVA

a Tính chất vật lý

Tất cả các PVA được alcol phân một phần và hoàn toàn đều có nhiều tính chất thông dụng, làm cho polymer có giá trị cho nhiều ngành công nghiệp Các tính chất quan trọng nhất là khả năng tan trong nước, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, chất lượng kết dính tuỵêt vời và khả năng hoạt động như một tác nhân ổn định phân tán.[3]

Bảng 1.1: Bảng tóm tắt các tính chất của PVA [3] ; [32]

Độ bền kéo, khô, chưa hóa dẻo, psi Dưới 22.000

Độ dãn dài, màng đã dẻo hóa, % Dưới 600

Độ cứng, đã hóa dẻo, Shore 10 - 100

trên 150oC Làm thẫm màu nhanh

trên 200oC Phân hủy

Chỉ số chiết quang, nD (20oC) 1,55

Độ bền bảo quản (một vài năm) Không gây hỏng

Ảnh hưởng của acid mạnh Hòa tan hoặc phân hủy

Ảnh hưởng của kiềm mạnh Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của acid yếu Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của kiềm yếu Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ Không ảnh hưởng

* Độ hòa tan

Độ hòa tan trong nước và độ nhớt của PVA phụ thuộc vào mức độ thủy phân và khối lượng phân tử PVA PVA thủy phân hoàn toàn chỉ hòa tan trong nước sôi, trong khi PVA thủy phân một phần (88%) hòa tan ở nhiệt độ phòng PVA với mức độ thủy phân 80% chỉ hòa tan ở nước có nhiệt độ khoảng 10 - 40oC Trên 40oC dung dịch trở nên mờ (vì vậy gọi là điểm mờ) và sau đó PVA kết tủa Dung dịch PVA có độ phân cực cao giống như nước, dimethyl sulfoxide, acetamide, các glycol và dimethylformamide… do trong cấu trúc phân tử có chứa nhiều nhóm OH

* Tạo màng

Vì PVA thường được hòa tan trong nước trước khi sử dụng nên khả năng tạo màng của chúng rất quan trọng trong hầu hết các ứng dụng Màng và lớp phủ PVA không cần chu kỳ đóng rắn, sự tạo màng dễ dàng xảy ra bằng cách cho nước bay hơi khỏi dung dịch So với các loại nhựa, độ bền kéo của PVA cao và so với các vật liệu tan trong nước khác thì nó khá nổi bật Độ bền kéo của PVA thay đổi theo một số yếu

tố như phần trăm thủy phân, độ trùng hợp, hàm lượng chất dẻo hóa và độ ẩm Giá trị

độ bền kéo giảm khi mức độ alcol phân giảm

* Khả năng chịu dầu và dung môi

PVA không bị ảnh hưởng bởi dầu thực vật và động vật, mỡ và hydrocarbon dầu

mỏ Khả năng chịu dung môi tăng theo mức độ thủy phân Không có sự khác nhau đáng kể trong khả năng chịu dung môi giữa các loại có độ nhớt thấp, trung bình và cao trong một khoảng thủy phân cụ thể Các loại thủy phân một phần hầu hết không bị ảnh hưởng bởi các ester, ether, ketone, hydrocarbon béo, thơm và các loại rượu cao hơn Rượu đơn chức thấp hơn có thể hòa tan hoặc làm trương các loại thủy phân một phần nhưng ảnh hưởng của các dung môi này lên các loại thủy phân hoàn toàn thì không đáng kể

* Tính kết dính

Một trong các thuộc tính quan trọng nữa của PVA là tính chất kết dính của nó Điều này có thể là do sự có mặt của các nhóm phân cực trong PVA làm tăng khả năng tương tác của PVA với các vật liệu khác Như vậy PVA là một trong những loại nhựa giá trị nhất để sản xuất keo dán và cùng với nhũ tương polyvinyl acetate tạo nên ngành công nghiệp keo dán nhựa tổng hợp

 Phản ứng acetal hóa ngoại phân tử

Ngoài ra, PVA còn có một số tính chất khác như: khả năng phản ứng tạo phức

chất với đồng, phản ứng liên kết ngang mạch nhờ tác dụng của các nhóm OH

Phenyl isocyanate và PVA tạo thành phenyl urethane của PVA

PVA hình thành phức đồng trong môi trường trung tính hoặc base yếu Phức

này không hòa tan ở pH đó nhưng có thể hòa tan trong amoniac [3]

c Sự phân hủy của PVA

PVA phân hủy sinh học cho hợp chất dioxide carbon và nước Có khoảng 55

loài sinh vật khác nhau có khả năng phân hủy PVA Trong đó các vi khuẩn như nấm

men và nấm mốc cho hiệu quả phân hủy tốt nhất

1.2.2.3 Ứng dụng của PVA

* Keo dán

Độ bền kéo cao và đặc tính keo dán của PVA khiến chúng có ứng dụng rộng rãi

trong sản xuất keo dán với các thể loại đa dạng từ keo dán ướt cho giấy đến keo dán

hoạt hóa ẩm

* Chất kết dính

PVA là chất kết dính hiệu quả cao với nhiều loại vật liệu khác nhau trong đó có vải Nó cũng được sử dụng để kết dính các hạt xúc tác, nút chai, vữa và sản phẩm phế thải Với vai trò là chất kết dính trong gốm, PVA tạo ra các tính chất ép đùn và độ bền màu cao vì vậy giảm bớt nứt vỡ

* Hồ và phủ giấy

PVA cung cấp cho các nhà sản xuất giấy một loại nhựa tan trong nước làm tăng

độ bền, độ trong, chịu dầu mỡ, không thấm khí và nhờ đó nâng cao chất lượng in của các sản phẩm giấy

* Hồ sợi và hoàn thiện

Độ bền kéo cao, độ mềm dẻo, độ bền mài mòn và độ bám dính tốt cùng với độ tan trong nước chứng tỏ PVA có tác dụng như một tác nhân hồ sợi Quá trình hồ có thể được áp dụng bằng các phương pháp hồ sợi thông thường, hoặc cuộn chỉ đối với sợi dọc và sợi đan PVA cũng được sử dụng rộng rãi như một chất hoàn thiện vải, đặc biệt khi kết hợp với nhựa nhiệt rắn

* Tác nhân tạo nhũ

Một tính chất quan trọng nữa của PVA là khả năng hoạt động như một chất tạo nhũ không ion Như thế, nó có nhiều ưu đỉểm so với các chất tạo nhũ khác Nó hoạt động chủ yếu như một keo bảo vệ và dung hòa dần nồng độ các chất điện ly, đặc biệt

là acid Hơn nữa nó tạo thành hỗn hợp chất nhũ hóa hỗ trợ với một số tác nhân hoạt động bề mặt

* Màng PVA

Nhiều ứng dụng trong sản xuất bao gói gồm túi và ống giấy chứa dầu, mỡ, sơn

và hóa chất nên sử dụng màng PVA Bao gói một lượng đơn vị các vật liệu như xà phòng, chất tẩy trắng khô, hồ lơ, thuốc trừ sâu và chất khử trùng trong các túi chứa nhựa tan trong nước tạo thuận lợi cho ứng dụng chúng

* Gốm

Một số ứng dụng trong gốm đã sử dụng PVA Một trong những ứng dụng đó là sản xuất bộ đồ ăn Chỉ 0.1% PVA, trên cơ sở khối lượng khô đất sét, khi thêm vào nước áo đổ khuôn có thể cải thiện các đặc tính làm việc

* Các sản phẩm đúc

PVA được dẻo hóa có thể được đúc thành các chi tiết dạng cao su có độ cứng từ 10-100 shore Độ bền cao, độ mềm dẻo và chịu dầu mỡ, dung môi hữu cơ, không thấm khí, độ bền lão hóa tốt đặc trưng cho các chi tiết này

Ngoài ra, PVA còn có một số ứng dụng khác: lớp phủ chất bảo vệ dùng để bảo

vệ tạm thời, chống xước cho các kim loại có độ bóng cao và các vật liệu nhựa trong quá trình sản xuất và vận chuyển; làm mỹ phẩm: các tính chất kết dính, tạo nhũ, tạo màng và làm đặc của PVA được ứng dụng rộng trong sản xuất mỹ phẩm và PVA cũng được sử dụng làm hóa chất trung gian

1.2.2.4 Sản xuất PVA

Khi sản xuất PVA phải sử dụng phương pháp nhiều bước vì monomer vinyl alcohol là một thực thể không tồn tại, bản thân nó tự sắp xếp lại thành acetaldehid Vì vậy, trước tiên cần phải tạo ra nhựa polyvinyl acetate, sau đó alcol phân polyvinyl acetate thành PVA Các phản ứng được minh họa như sau:

Trùng hợp nhựa polyvinyl acetate được tiến hành bằng kỹ thuật truyền thống Nhựa polyvinyl acetate thu được sau đó được hòa tan trong dung môi, thường là methanol và được alcol hóa bằng cách sử dụng xúc tác acid hoặc kiềm PVA không tan trong methanol và sản phẩm phụ methyl acetate được kết tủa và sau đó lọc, rửa, sấy khô và đóng gói PVA được đặc trưng bởi độ nhớt hoặc độ trùng hợp và phần trăm alcol phân hay mức độ xà phòng hóa

1.2.3 Glutaraldehyde (GA)

1.2.3.1 Khái niệm

Glutaraldehyde là một loại chất khử trùng, cũng như là một loại dược phẩm Nếu dùng với vai trò một chất khử trùng, GA có hiệu quả chống lại một loạt các vi sinh vật kể cả bào tử của chúng

Glutaraldehyde được đưa vào sử dụng từ những năm 1960, nó nằm trong danh sách các thuốc thiết yếu của Tổ chức Y tế thế giới, tức là nhóm các loại thuốc hiệu quả

và an toàn nhất cần thiết trong một hệ thống y tế Nó đã được phê duyệt như là một phụ gia thực phẩm gián tiếp cho các mục đích sử dụng khác nhau và được sử dụng trong lĩnh vực y tế để khử trùng lạnh dụng cụ phẫu thuật và nội soi, xử lý phim X quang

1.2.3.2 Vai trò

Glutaraldehyde là tác nhân đóng rắn của PVA Khi phản ứng xảy ra, GA đóng vai trò là cầu nối ngang giữa 2 phân tử PVA, từ đó hình thành mạng lưới không gian trong sản phẩm đóng rắn, làm mất tính tan của sản phẩm

Độ hòa tan Tan trong nước, rượu, ete và các

dung môi tương tự

1.2.3.4 Ứng dụng

Glutaraldehyde ứng dụng trong thương mại và công nghiệp rất đa dạng, bao gồm kiểm soát vi khuẩn bất lợi và độc hại trong các hệ thống mỏ, chất lỏng xử lý kim loại, giấy và bột giấy, vệ sinh an toàn vật nuôi và vệ sinh thiết bị y tế Ngoài ra GA có thể được sử dụng như một loại chất bảo quản cho các sản phẩm tiêu dùng công nghiệp khác nhau, để bảo vệ chúng khỏi vi khuẩn và nấm mốc, qua đó kéo dài tuổi thọ của sản phẩm Sự linh hoạt của Glutaraldehyde có vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành

hóa học chất diệt khuẩn và được áp dụng như một chất diệt khuẩn nhanh chóng cho các thiết bị chế biến, khử khuẩn nguồn nước và nguyên liệu được sử dụng trong các cơ

sở sản xuất

Con đường chính để phân hủy Glutaraldehyde trong các hệ thống tự nhiên là

thông qua việc phân hủy sinh học

1.2.4 Acid acetic

1.2.4.1 Khái niệm

Acid acetic có công thức hóa học CH3COOH, là một chất lỏng không màu Khi không pha loãng thì được gọi là acid acetic băng Nó là thành phần chính của dấm (ngoài nước), có vị chua và mùi hăng đặc biệt

1.2.4.2 Tính chất hóa lý của acid axetic

Acid acetic với công thức hóa học CH3COOH, khối lượng phân tử 60,5 kg/kmol, nhiệt độ nóng chảy tnc= 16,63oC, nhiệt độ sôi ts= 118oC, tỷ trọng 1,049, độ nhớt ở 20o

Acid acetic phân hủy da, gây bỏng, ăn mòn nhiều kim loại và hợp kim, hòa tan tốt nhiều chất vô cơ

1.2.4.3 Ứng dụng acid axetic

Acid acetic là loại acid vô cơ được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong sản xuất công nghiệp Những ứng dụng quang trọng nhất của acid acetic gồm:

Ứng dụng acid acetic trong chế biến mủ cao su:

Để chống hiện tượng đông đặc mủ cao su người ta dùng NH3 người ta cho thêm vào dung dich acid acetic 2,5% với lượng 3,5-10kg/tấn dung dịch mủ cao su Đến

đông tụ mủ su, người ta cho acid acetic vào

Ứng dụng acid acetic trong công nghệ thực phẩm:

Với hàm lượng acid acetic 5-7%, người ta gọi dung dịch này là dấm ăn Dấm ăn được dùng trong công nghệ thực phẩm chế biến đồ hộp, rau, quả, gia vị Do đó, việc

sử dụng dấm không chỉ mang tính chất thủ công mà đã trở thành một ngành công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới

Ứng dụng acid acetic trong các ngành công nghiệp khác:

Acid acetic còn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác như công nghiệp chất màu, dung môi hữu cơ, tổng hợp các chất dẻo tơ sợi Những ngành công nghiệp này đòi hỏi lượng acid acetic nhiều và có chất lượng dung dịch cao hơn ngành công nghệ thực phẩm và chế biến mủ cao su

Trong đề tài này, acid acetic được sử dụng để hòa tan chitosan, đồng thời đóng

vai trò lad chất xúc tác cho phản ứng đóng rắn PVA bằng glutaraldehyde

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

2.1 Sơ đồ nghiên cứu

Thay đổi nhiệt độ đóng rắn

Thay đổi thời gian

đóng rắn

Chọn mẫu có độ trương bé nhất

Nước

Glutaraldehyde Acid acetic

Thay đổi hàm lượng

glutaraldehyde

Bước 2:

PVA

Đúc màng Phối trộn

Thuyết minh sơ đồ:

Bước 1:

Các màng PVA được gia công với các hàm lượng acid acetic khác nhau Hàm lượng GA so với PVA được cố định là 3/100 phần khối lượng Các màng này sau đó được đóng rắn ở nhiệt độ và thời gian lần lượt là: 900C trong 3, 5, 7h và 1200C trong 1,

3, 5h Sở dĩ lựa chọn thời gian đóng rắn như vậy nhằm mục đích rút ngắn thời gian đóng rắn và tăng năng suất

Sau đó khảo sát độ trương của màng để lựa chọn điều kiện đóng rắn tốt nhất, bao gồm hàm lượng acid acetic, nhiệt độ đóng rắn và thời gian đóng rắn Sau khi chọn được điều kiện tối ưu, tiến hành gia công 2 màng PVA với điều kiện đóng rắn tìm được ở trên nhưng hàm lượng GA lần lượt là 1/100 và 5/100 phần khối lượng so với PVA Tiếp tục khảo sát độ trương của màng để lựa chọn hàm lượng GA tối ưu

Bước 2:

Tiến hành phối trộn 5%, 10% và 15% hàm lượng chitosan trong màng với PVA

và các thành phần khác theo tỷ lệ tối ưu đã được tìm ra Các mẫu được đóng rắn ở điều kiện tối ưu đã lựa chọn Khảo sát các tính chất của màng: Độ trương, độ thấm hơi nước, độ bền kéo, khả năng kháng khuẩn, nhiệt trọng lượng TGA

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Hóa chất

Hóa chất chính sử dụng cho nghiên cứu được liệt kê ở bảng dưới đây:

2 Acid acetic (Dung dịch 50% trong nước) Việt Nam

4 Poly (vinyl alcohol) (độ thủy phân 99%) Sigma- Aldrich

5 Glutaraldehyde (dung dịch 50% trong nước) Sigma- Aldrich

- Khuôn thuỷ tinh

- Bình hút ẩm …

2.2.3 Cách tiến hành:

a Deacetyl hóa Chitin

Sử dụng 400g dung dịch NaOH 4M để deacetyl hóa 46g Chitin, khuấy trộn bằng máy khuấy từ và gia nhiệt ở 90 0C trong 4h Sau đó đem lọc rửa chitosan thu được đến khi pH trung tính và sấy khô

Hình 2.1: Chitosan đã được deacetyl hóa

Mức độ deacetyl hóa được xác định bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Độ deacetyl hóa của sản phẩm là 52% Chitosan thu được hòa tan trong dung dịch acid acetic 2% với nồng độ chitosan là 3%

Công thức sử dụng để xác định độ deacetyl hóa là:

[2]

Trong đó: A1652 và A2878 lần lượt là chiều cao peak tại các vị trí 1652 cm-1 và

2878 cm-1