26
ĐẠI HC QUC GIA HÀ NI TRƯỜNG ĐẠI HC KHOA HC TNHIÊN ----------------------------------------------------- HThHoa Nghiên cu tng hp và ng dng Polylactic acid Chuyên ngành: Hóa Hu cơ Mã s: 60440114 TÓM TT LUN VĂN THC SĨ HÓA HC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI - hus.vnu.edu.vn (127).pdf · ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ... số 19 – Lê Thánh Tông –

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HAgrave NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIEcircN -----------------------------------------------------

Hồ Thị Hoa

Nghiecircn cứu tổng hợp vagrave ứng dụng Polylactic acid

Chuyecircn ngagravenh Hoacutea Hữu cơ

Matilde số 60440114

TOacuteM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HOacuteA HỌC

Cocircng trigravenh được hoagraven thagravenh tại Phograveng Polyme chức năng vagrave vật liệu nano Viện Hoacutea học Viện

Hagraven lacircm Khoa học vagrave Cocircng nghệ Việt Nam

Caacuten bộ hướng dẫn khoa học TS Hoagraveng Mai Hagrave Viện Hoacutea học -Viện Hagraven lacircm Khoa học vagrave Cocircng

nghệ Việt Nam

Phản biện 1 PGS TS Ngocirc Trịnh Tugraveng Viện Hagraven lacircm Khoa học vagrave Cocircng nghệ Việt Nam

Phản biện 2 TS Nguyễn Minh Ngọc Khoa hoacutea học Trường Đại học Khoa học Tự nhiecircn

Luận văn đatilde được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận thạc sĩ họp tại Giảng đường 4 Khoa Hoacutea học số 19 ndash Lecirc Thaacutenh Tocircng ndash Hagrave Nội vagraveo 10 giờ 30 ngagravey 26 thaacuteng 02 năm 2016

1

MỞ ĐẦU Trong suốt thế kỷ qua thế kỷ của thời đại đồ nhựa vật liệu polyme đoacuteng vai

trograve quan trọng trong caacutec ngagravenh sản xuất cocircng nghiệp nocircng nghiệp vagrave tiecircu dugraveng Nhưng phế thải của vật liệu nagravey gacircy ocirc nhiễm trầm trọng trong mocirci trường bởi khả năng phacircn hủy của noacute trong thời gian rất lacircu coacute loại đến hagraveng ngagraven năm

Để khắc phục nhược điểm nagravey thế giới hiện nay tập trung phaacutet triển caacutec loại vật liệu xanh nguồn gốc sinh học coacute khả năng tự phacircn hủy taacutei sinh vagrave thacircn thiện với mocirci trường thay thế caacutec loại polyme coacute nguồn gốc dầu mỏ Caacutec nghiecircn cứu nhằm tạo ra caacutec loại vật liệu coacute khả năng phacircn hủy sinh học vagrave thacircn thiện với mocirci trường đang thu huacutet nhiều nhoacutem nghiecircn cứu Trong đoacute xu hướng sử dụng caacutec loại vật liệu coacute nguồn gốc từ thiecircn nhiecircn để dần thay thế caacutec vật liệu coacute nguồn gốc từ dầu mỏ đang ngagravey cagraveng được quan tacircm Những loại vật liệu xanh vật liệu taacutei tạo coacute khả năng phacircn hủy sinh học như poly-axit lactic (PLA) Polyhydroxylbutyrat (PHB) được xem lagrave caacutec ứng cử viecircn cho hướng phaacutet triển nagravey Trong đoacute so với caacutec polyme sinh học khaacutec PLA coacute một số ưu điểm nổi trội sau

- Monome axit lactic được tạo ra bởi quaacute trigravenh lecircn men caacutec sản phẩm từ nocircng nghiệp necircn coacute thể taacutei sinh

- Taacutec động tiacutech cực đến chu trigravenh CO2 do sử dụng thực vật lagravem nguyecircn liệu - Tiết kiệm năng lượng - Coacute thể taacutei sinh PLA thagravenh axit lactic thocircng qua thủy phacircn Chiacutenh vigrave những ưu điểm trecircn magrave PLA được xem lagrave sự lựa chọn hagraveng đầu trong caacutec

polyme sinh học coacute khả năng thay thế caacutec loại polyme dầu mỏ Tiếp bước những nghiecircn cứu về PLA chuacuteng tocirci đatilde chế tạo thagravenh cocircng PLA tự

phacircn hủy sinh học từ caacutec nguồn phế liệu nocircng nghiệp như rơm rạ Quy trigravenh tổng hợp vagrave cấu truacutec tiacutenh chất của PLA đatilde được nghiecircn cứu kỹ lưỡng Vật liệu tổ hợp của PLA với polyethylene glycol nano clay nano bạc cũng được chế tạo vagrave nghiecircn cứu higravenh thaacutei cấu truacutec vagrave caacutec tiacutenh chất đặc trưng

Chương 1 TỔNG QUAN TAgraveI LIỆU 11 Tổng hợp PLA từ rơm rạ

111 Nguồn rơm rạ phế liệu ở Việt Nam Việt Nam lagrave một nước nocircng nghiệp với tổng diện tiacutech đất dagravenh cho nocircng nghiệp

chiếm tới 35 vagrave khoảng 70 dacircn số lagravem nocircng nghiệp [1] Trong đoacute luacutea gạo được xem lagrave loại cacircy trồng vagrave mugravea vụ quan trọng nhất ở nước ta Năng suất luacutea gạo bigravenh quacircn cũng tăng liecircn tục trong những năm qua từ 42 triệu tấnha vagraveo năm 2000 lecircn 53 tấnha vagraveo năm 2010 Năm 2014 theo số liệu ước tiacutenh năng suất coacute thể đạt mức cao nhất từ trước tới nay lagrave 57 tấnha [2] Từ năm 1990 đến nay sản lượng luacutea của Việt Nam liecircn tục tăng trưởng nhờ cải tiến caacutec kỹ thuật canh taacutec tăng năng suất cacircy trồng vagrave một phần nhờ mở rộng diện tiacutech canh taacutec hagraveng năm

2

Rơm rạ lagrave loại phế liệu chiacutenh trong quaacute trigravenh sản xuất luacutea gạo Những kết quả cho thấy mỗi tấn luacutea thu được sẽ cho tương ứng 10 ndash 13 tấn rơm rạ trecircn đồng ruộng tugravey theo cocircng nghệ thu hoạch vagrave điều kiện xử lyacute thu gom Từ sản lượng luacutea gạo thu được hagraveng năm ở trecircn ta coacute thể tiacutenh được sản lượng rơm rạ sau thu hoạch tại nước ta nằm trong khoảng từ 40 ndash 50 triệu tấn [20] Đacircy coacute thể được coi lagrave nguồn sinh khối lớn nếu được thu gom vagrave sử dụng một caacutech hợp lyacute

Ngagravey nay khi ngagravenh cocircng nghiệp đang ngagravey cagraveng phaacutet triển đời sống của người dacircn được nacircng lecircn Nguồn nguyecircn liệu dầu mỏ khiacute đốt vagrave than đaacute phaacutet triển thigrave người nocircng dacircn khocircng sử dụng rơm rạ vagraveo những mục điacutech trecircn magrave hầu hết bị đốt bỏ tại đồng ruộng vừa đỡ cocircng vận chuyển vừa lagravem tăng chất magraveu cho đất Tuy nhiecircn việc đốt bỏ nagravey gacircy latildeng phiacute vagrave lagravem ocirc nhiễm mocirci trường vagrave gacircy hại trực tiếp tới sức khỏe của người dacircn Theo caacutec chuyecircn gia y tế mugrave bụi tro đốt rơm rạ gacircy ra (đặc biệt vagraveo thaacuteng 62009 tại Hagrave Nội) gacircy ocirc nhiễm khocircng khiacute rất coacute hại đối với sức khỏe con người nhất lagrave đối với trẻ em người giagrave vagrave người mắc bệnh đường hocirc hấp

112 Axit lactic Axit lactic (acid 2-hydroxypropionic) hay cograven gọi lagrave axit sữa lagrave axit tồn tại rộng ratildei

trong tự nhiecircn được tigravem thấy ở người động vật thực vật vagrave vi sinh vật Noacute lần đầu tiecircn được phaacutet hiện bởi nhagrave hoacutea học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele vagraveo năm 1780 ở trong sữa chua Axit lactic khan tinh khiết lagrave những hạt tinh thể rắn magraveu trắng coacute nhiệt độ noacuteng chảy thấp Đối lập với caacutec axit khaacutec axit lactic khocircng bay hơi khocircng mugravei khocircng magraveu vagrave coacute vị axit trung bigravenh Hagravem lượng carbon hydrogen vagrave oxygen trong phacircn tử tương ứng lagrave 40 671 vagrave 5329 [5]

Trong cocircng thức cấu tạo phacircn tử của axit lactic coacute một carbon bất đối necircn chuacuteng

coacute hai đồng phacircn quang học lagrave axit D-lactic vagrave axit L-lactic Hai đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất hoacutea lyacute giống nhau chỉ khaacutec nhau khả năng lagravem quay mặt phẳng phacircn cực aacutenh saacuteng một sang phải vagrave một sang traacutei Do đoacute tiacutenh chất sinh học của chuacuteng hoagraven toagraven khaacutec nhau [7]

Cocircng thức cấu tạo của hai đồng phacircn axit lactic axit L(+)-lactic traacutei axit D(-)-

lactic phải

3

Axit L(+)-lactic được chuyển hoacutea hoagraven toagraven vagrave nhanh choacuteng trong quaacute trigravenh tổng hợp glycogen Axit L-lactic ở dạng tinh thể chuacuteng coacute khả năng tan trong nước tan trong cồn tan trong ether khocircng tan trong CHCl3 nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Axit D(-)-lactic được chuyển hoacutea iacutet hơn vagrave phần khocircng chuyển hoacutea sẽ được bagravei tiết dưới dạng urein Sự hiện diện của axit khocircng được chuyển hoacutea trong ống tiecircu hoacutea sẽ gacircy tigravenh trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh Axit D- lactic ở dạng tinh thể tan trong nước tan trong cồn nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Hai dạng đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất vật lyacute khaacutec nhau Caacutec nhoacutem hydroxyl vagrave carboxyl của axit lactic cho pheacutep axit lactic coacute một khoảng rộng caacutec phản ứng hoacutea học Axit lactic coacute pKa khoảng 386 ở 25oC Noacute lagrave một axit trung bigravenh coacute thể phản ứng với caacutec kim loại hoạt động để tạo khiacute hydro vagrave muối kim loại

113 Lactide Lactide (36- dimethyl 14- dioxane 25-dione) lagrave một dime vograveng với monome lagrave

axit lactic Do coacute hai nguyecircn tử carbon bất đối xứng trong phacircn tử necircn lactide tồn tại ở ba dạng khaacutec nhau trong higravenh sau

D-lactide L-lactide Meso-lactide

114 Poly-axit lactic (PLA) Poly-axit lactic (PLA) polylactide lagrave một loại polyme nhiệt dẻo baacuten tinh thể giograven

vagrave rắn coacute nhiệt độ thủy tinh hoacutea tương đối thấp (~600C) vagrave coacute nhiệt độ noacuteng chảy 175 -180oC PLA đang lagrave đối tượng được quan tacircm vagrave phaacutet triển nhiều nhất trecircn thế giới bởi dễ dagraveng được gia cocircng trong caacutec thiết bị gia cocircng chất dẻo thocircng thường vagrave cũng dễ dagraveng phacircn hủy sinh học thiacutech hợp để chế tạo bao bigrave magraveng bọc thực phẩm caacutec sản phẩm sử dụng một lần Tuy thời gian phaacutet triển chưa lacircu (khoảng trecircn 10 năm) nhưng chỉ riecircng tại chacircu Ấu tốc độ phaacutet triển của caacutec sản phẩm nhựa phacircn hủy sinh học đatilde tăng gấp 10 lần cho thấy tiềm năng chiếm lĩnh thị trường rất lớn Higravenh 16 lagrave một số ứng dụng của poly-axit lactic đatilde được lưu hagravenh trecircn thế giới

4

ỨNG DỤNG PLA

Vải sợi PLA

Thuốc nano Vật dụng vagrave VL cocircng nhiệp

Bao bigrave thưc phẩm

Một số sản phẩm coacute sử dụng nhựa phacircn hủy sinh học PLA

PLA coacute thể sản xuất từ axit lactic với nhiều phương phaacutep khaacutec nhau Tuy nhiecircn PLA coacute khối lượng phacircn tử cao thigrave được chế tạo chủ yếu bằng phương phaacutep trugraveng hợp mở vograveng dime dilactide lagrave sản phẩm của phản ứng khử trugraveng hợp axit lactic Phương phaacutep nagravey phải trải qua hai giai đoạn vagrave bước tinh chế Do đoacute chi phiacute tăng lecircn đaacuteng kể PLA được tổng hợp từ phản ứng đa tụ coacute khối lượng phacircn tử thấp tiacutenh chất cơ lyacute keacutem vagrave do đoacute khocircng coacute nhiều ứng dụng Vigrave thế nhiều nghiecircn cứu được tập trung để giải quyết vấn đề nagravey bởi vigrave sự cần thiết của việc sản xuất polyme coacute khối lượng phacircn tử cao với chi phiacute thấp

Caacutec phương phaacutep tổng hợp PLA từ axit lactic

115 Tổng hợp PLA 1151 Tổng hợp lactide

Tổng hợp poly-axit lactic được thực hiện bằng phản ứng trugraveng hợp mở vograveng lactide (ROP) Lactide lagrave một dime vograveng với monome lagrave axit lactic Phản ứng tạo lactide trải qua hai giai đoạn Đầu tiecircn monome axit lactic được trugraveng ngưng để tạo thagravenh oligome Sau đoacute oligome trải qua quaacute trigravenh để polyme hoacutea đồng thời vograveng hoacutea tạo thagravenh lactide Quaacute trigravenh tạo thagravenh lactide lagrave một trong những giai đoạn quan trọng

5

nhất do bởi độ tinh khiết quang học của lactide coacute ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được

Sơ đồ minh họa quy trigravenh tổng hợp lactide bằng phương phaacutep trugraveng hợp oligome axit lactic

Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1 Phản ứng ngưng tụ Bước 2 Phản ứng unzipping Bước đầu tiecircn lagrave sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thagravenh oligome thocircng qua quaacute trigravenh loại nước gia nhiệt trong điều kiện chacircn khocircng magrave khocircng cần sử dụng xuacutec taacutec Thocircng thường oligome nằm trong khoảng 500 - 2000 Da Bước tiếp theo lagrave phản ứng unzipping nhiệt Xuacutec taacutec cho phản ứng lagrave caacutec kim loại oxit kim loại Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 - 300oC trong điều kiện chacircn khocircng Sản phẩm lactide thocirc thường được kết tinh lại trong dung mocirci hoặc hệ dung mocirci phugrave hợp để loại bỏ caacutec tạp chất

1152 Tinh chế lactide Chưng cất taacutech hỗn hợp gồm hai phần như lactide nước axit lactic vagrave oligome

của axit lactic thagravenh những phần riecircng đogravei hỏi sự hiểu biết động học vagrave hoạt động của thiết bị chacircn khocircng Kết tinh lactide bằng hai phương phaacutep sau

- Kết tinh trong dung mocirci - Kết tinh noacuteng chảy Phương phaacutep kết tinh cho lactide coacute độ tinh khiết cao phugrave hợp để tổng hợp axit

poly-L-lactic (PLLA) đồng nhất coacute khối lượng phacircn tử cao Phương phaacutep chưng cất đogravei hỏi số đĩa lyacute thuyết lớn ngoagravei ra cograven coacute thể xảy ra sự polyme hoacutea của lactide trong cột cất Quaacute trigravenh kết tinh aacutep dụng để loại meso - lactide ra khỏi sản phẩm Tuy nhiecircn hiệu suất thu hồi DL-lactide khocircng cao do bởi quaacute trigravenh kết tinh lại cần lặp lại vagravei lần để đảm bảo độ tinh khiết

1153 Tổng hợp PLA Poly-axit lactic lagrave một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome

(axit lactic) hoặc trugraveng hợp mở vograveng lactide Quaacute trigravenh trugraveng ngưng tạo sản phẩm phụ lagrave nước vagrave rất khoacute bị taacutech ra khỏi hỗn hợp necircn giới hạn khối lượng phacircn tử của polyme Phản ứng trugraveng hợp mở vograveng (ROP) lactide coacute thể cho khối lượng phacircn tử polyme lớn hơn nhiều vagrave lagrave phương phaacutep được sử dụng nhiều nhất Từ quan điểm động học lactide lagrave một trong những vograveng 6 cạnh coacute thể polyme hoacutea Entanpy ở trạng thaacutei tiecircu chuẩn polyme hoacutea tương đối lớn (-23kJmol) Dựa trecircn dữ liệu tinh thể học tia X trong phacircn tử tồn tại sức căng vograveng do coacute chứa 2 nhoacutem ester trong một

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

Cocircng trigravenh được hoagraven thagravenh tại Phograveng Polyme chức năng vagrave vật liệu nano Viện Hoacutea học Viện

Hagraven lacircm Khoa học vagrave Cocircng nghệ Việt Nam

Caacuten bộ hướng dẫn khoa học TS Hoagraveng Mai Hagrave Viện Hoacutea học -Viện Hagraven lacircm Khoa học vagrave Cocircng

nghệ Việt Nam

Phản biện 1 PGS TS Ngocirc Trịnh Tugraveng Viện Hagraven lacircm Khoa học vagrave Cocircng nghệ Việt Nam

Phản biện 2 TS Nguyễn Minh Ngọc Khoa hoacutea học Trường Đại học Khoa học Tự nhiecircn

Luận văn đatilde được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận thạc sĩ họp tại Giảng đường 4 Khoa Hoacutea học số 19 ndash Lecirc Thaacutenh Tocircng ndash Hagrave Nội vagraveo 10 giờ 30 ngagravey 26 thaacuteng 02 năm 2016

1

MỞ ĐẦU Trong suốt thế kỷ qua thế kỷ của thời đại đồ nhựa vật liệu polyme đoacuteng vai

trograve quan trọng trong caacutec ngagravenh sản xuất cocircng nghiệp nocircng nghiệp vagrave tiecircu dugraveng Nhưng phế thải của vật liệu nagravey gacircy ocirc nhiễm trầm trọng trong mocirci trường bởi khả năng phacircn hủy của noacute trong thời gian rất lacircu coacute loại đến hagraveng ngagraven năm

Để khắc phục nhược điểm nagravey thế giới hiện nay tập trung phaacutet triển caacutec loại vật liệu xanh nguồn gốc sinh học coacute khả năng tự phacircn hủy taacutei sinh vagrave thacircn thiện với mocirci trường thay thế caacutec loại polyme coacute nguồn gốc dầu mỏ Caacutec nghiecircn cứu nhằm tạo ra caacutec loại vật liệu coacute khả năng phacircn hủy sinh học vagrave thacircn thiện với mocirci trường đang thu huacutet nhiều nhoacutem nghiecircn cứu Trong đoacute xu hướng sử dụng caacutec loại vật liệu coacute nguồn gốc từ thiecircn nhiecircn để dần thay thế caacutec vật liệu coacute nguồn gốc từ dầu mỏ đang ngagravey cagraveng được quan tacircm Những loại vật liệu xanh vật liệu taacutei tạo coacute khả năng phacircn hủy sinh học như poly-axit lactic (PLA) Polyhydroxylbutyrat (PHB) được xem lagrave caacutec ứng cử viecircn cho hướng phaacutet triển nagravey Trong đoacute so với caacutec polyme sinh học khaacutec PLA coacute một số ưu điểm nổi trội sau

- Monome axit lactic được tạo ra bởi quaacute trigravenh lecircn men caacutec sản phẩm từ nocircng nghiệp necircn coacute thể taacutei sinh

- Taacutec động tiacutech cực đến chu trigravenh CO2 do sử dụng thực vật lagravem nguyecircn liệu - Tiết kiệm năng lượng - Coacute thể taacutei sinh PLA thagravenh axit lactic thocircng qua thủy phacircn Chiacutenh vigrave những ưu điểm trecircn magrave PLA được xem lagrave sự lựa chọn hagraveng đầu trong caacutec

polyme sinh học coacute khả năng thay thế caacutec loại polyme dầu mỏ Tiếp bước những nghiecircn cứu về PLA chuacuteng tocirci đatilde chế tạo thagravenh cocircng PLA tự

phacircn hủy sinh học từ caacutec nguồn phế liệu nocircng nghiệp như rơm rạ Quy trigravenh tổng hợp vagrave cấu truacutec tiacutenh chất của PLA đatilde được nghiecircn cứu kỹ lưỡng Vật liệu tổ hợp của PLA với polyethylene glycol nano clay nano bạc cũng được chế tạo vagrave nghiecircn cứu higravenh thaacutei cấu truacutec vagrave caacutec tiacutenh chất đặc trưng

Chương 1 TỔNG QUAN TAgraveI LIỆU 11 Tổng hợp PLA từ rơm rạ

111 Nguồn rơm rạ phế liệu ở Việt Nam Việt Nam lagrave một nước nocircng nghiệp với tổng diện tiacutech đất dagravenh cho nocircng nghiệp

chiếm tới 35 vagrave khoảng 70 dacircn số lagravem nocircng nghiệp [1] Trong đoacute luacutea gạo được xem lagrave loại cacircy trồng vagrave mugravea vụ quan trọng nhất ở nước ta Năng suất luacutea gạo bigravenh quacircn cũng tăng liecircn tục trong những năm qua từ 42 triệu tấnha vagraveo năm 2000 lecircn 53 tấnha vagraveo năm 2010 Năm 2014 theo số liệu ước tiacutenh năng suất coacute thể đạt mức cao nhất từ trước tới nay lagrave 57 tấnha [2] Từ năm 1990 đến nay sản lượng luacutea của Việt Nam liecircn tục tăng trưởng nhờ cải tiến caacutec kỹ thuật canh taacutec tăng năng suất cacircy trồng vagrave một phần nhờ mở rộng diện tiacutech canh taacutec hagraveng năm

2

Rơm rạ lagrave loại phế liệu chiacutenh trong quaacute trigravenh sản xuất luacutea gạo Những kết quả cho thấy mỗi tấn luacutea thu được sẽ cho tương ứng 10 ndash 13 tấn rơm rạ trecircn đồng ruộng tugravey theo cocircng nghệ thu hoạch vagrave điều kiện xử lyacute thu gom Từ sản lượng luacutea gạo thu được hagraveng năm ở trecircn ta coacute thể tiacutenh được sản lượng rơm rạ sau thu hoạch tại nước ta nằm trong khoảng từ 40 ndash 50 triệu tấn [20] Đacircy coacute thể được coi lagrave nguồn sinh khối lớn nếu được thu gom vagrave sử dụng một caacutech hợp lyacute

Ngagravey nay khi ngagravenh cocircng nghiệp đang ngagravey cagraveng phaacutet triển đời sống của người dacircn được nacircng lecircn Nguồn nguyecircn liệu dầu mỏ khiacute đốt vagrave than đaacute phaacutet triển thigrave người nocircng dacircn khocircng sử dụng rơm rạ vagraveo những mục điacutech trecircn magrave hầu hết bị đốt bỏ tại đồng ruộng vừa đỡ cocircng vận chuyển vừa lagravem tăng chất magraveu cho đất Tuy nhiecircn việc đốt bỏ nagravey gacircy latildeng phiacute vagrave lagravem ocirc nhiễm mocirci trường vagrave gacircy hại trực tiếp tới sức khỏe của người dacircn Theo caacutec chuyecircn gia y tế mugrave bụi tro đốt rơm rạ gacircy ra (đặc biệt vagraveo thaacuteng 62009 tại Hagrave Nội) gacircy ocirc nhiễm khocircng khiacute rất coacute hại đối với sức khỏe con người nhất lagrave đối với trẻ em người giagrave vagrave người mắc bệnh đường hocirc hấp

112 Axit lactic Axit lactic (acid 2-hydroxypropionic) hay cograven gọi lagrave axit sữa lagrave axit tồn tại rộng ratildei

trong tự nhiecircn được tigravem thấy ở người động vật thực vật vagrave vi sinh vật Noacute lần đầu tiecircn được phaacutet hiện bởi nhagrave hoacutea học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele vagraveo năm 1780 ở trong sữa chua Axit lactic khan tinh khiết lagrave những hạt tinh thể rắn magraveu trắng coacute nhiệt độ noacuteng chảy thấp Đối lập với caacutec axit khaacutec axit lactic khocircng bay hơi khocircng mugravei khocircng magraveu vagrave coacute vị axit trung bigravenh Hagravem lượng carbon hydrogen vagrave oxygen trong phacircn tử tương ứng lagrave 40 671 vagrave 5329 [5]

Trong cocircng thức cấu tạo phacircn tử của axit lactic coacute một carbon bất đối necircn chuacuteng

coacute hai đồng phacircn quang học lagrave axit D-lactic vagrave axit L-lactic Hai đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất hoacutea lyacute giống nhau chỉ khaacutec nhau khả năng lagravem quay mặt phẳng phacircn cực aacutenh saacuteng một sang phải vagrave một sang traacutei Do đoacute tiacutenh chất sinh học của chuacuteng hoagraven toagraven khaacutec nhau [7]

Cocircng thức cấu tạo của hai đồng phacircn axit lactic axit L(+)-lactic traacutei axit D(-)-

lactic phải

3

Axit L(+)-lactic được chuyển hoacutea hoagraven toagraven vagrave nhanh choacuteng trong quaacute trigravenh tổng hợp glycogen Axit L-lactic ở dạng tinh thể chuacuteng coacute khả năng tan trong nước tan trong cồn tan trong ether khocircng tan trong CHCl3 nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Axit D(-)-lactic được chuyển hoacutea iacutet hơn vagrave phần khocircng chuyển hoacutea sẽ được bagravei tiết dưới dạng urein Sự hiện diện của axit khocircng được chuyển hoacutea trong ống tiecircu hoacutea sẽ gacircy tigravenh trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh Axit D- lactic ở dạng tinh thể tan trong nước tan trong cồn nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Hai dạng đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất vật lyacute khaacutec nhau Caacutec nhoacutem hydroxyl vagrave carboxyl của axit lactic cho pheacutep axit lactic coacute một khoảng rộng caacutec phản ứng hoacutea học Axit lactic coacute pKa khoảng 386 ở 25oC Noacute lagrave một axit trung bigravenh coacute thể phản ứng với caacutec kim loại hoạt động để tạo khiacute hydro vagrave muối kim loại

113 Lactide Lactide (36- dimethyl 14- dioxane 25-dione) lagrave một dime vograveng với monome lagrave

axit lactic Do coacute hai nguyecircn tử carbon bất đối xứng trong phacircn tử necircn lactide tồn tại ở ba dạng khaacutec nhau trong higravenh sau

D-lactide L-lactide Meso-lactide

114 Poly-axit lactic (PLA) Poly-axit lactic (PLA) polylactide lagrave một loại polyme nhiệt dẻo baacuten tinh thể giograven

vagrave rắn coacute nhiệt độ thủy tinh hoacutea tương đối thấp (~600C) vagrave coacute nhiệt độ noacuteng chảy 175 -180oC PLA đang lagrave đối tượng được quan tacircm vagrave phaacutet triển nhiều nhất trecircn thế giới bởi dễ dagraveng được gia cocircng trong caacutec thiết bị gia cocircng chất dẻo thocircng thường vagrave cũng dễ dagraveng phacircn hủy sinh học thiacutech hợp để chế tạo bao bigrave magraveng bọc thực phẩm caacutec sản phẩm sử dụng một lần Tuy thời gian phaacutet triển chưa lacircu (khoảng trecircn 10 năm) nhưng chỉ riecircng tại chacircu Ấu tốc độ phaacutet triển của caacutec sản phẩm nhựa phacircn hủy sinh học đatilde tăng gấp 10 lần cho thấy tiềm năng chiếm lĩnh thị trường rất lớn Higravenh 16 lagrave một số ứng dụng của poly-axit lactic đatilde được lưu hagravenh trecircn thế giới

4

ỨNG DỤNG PLA

Vải sợi PLA

Thuốc nano Vật dụng vagrave VL cocircng nhiệp

Bao bigrave thưc phẩm

Một số sản phẩm coacute sử dụng nhựa phacircn hủy sinh học PLA

PLA coacute thể sản xuất từ axit lactic với nhiều phương phaacutep khaacutec nhau Tuy nhiecircn PLA coacute khối lượng phacircn tử cao thigrave được chế tạo chủ yếu bằng phương phaacutep trugraveng hợp mở vograveng dime dilactide lagrave sản phẩm của phản ứng khử trugraveng hợp axit lactic Phương phaacutep nagravey phải trải qua hai giai đoạn vagrave bước tinh chế Do đoacute chi phiacute tăng lecircn đaacuteng kể PLA được tổng hợp từ phản ứng đa tụ coacute khối lượng phacircn tử thấp tiacutenh chất cơ lyacute keacutem vagrave do đoacute khocircng coacute nhiều ứng dụng Vigrave thế nhiều nghiecircn cứu được tập trung để giải quyết vấn đề nagravey bởi vigrave sự cần thiết của việc sản xuất polyme coacute khối lượng phacircn tử cao với chi phiacute thấp

Caacutec phương phaacutep tổng hợp PLA từ axit lactic

115 Tổng hợp PLA 1151 Tổng hợp lactide

Tổng hợp poly-axit lactic được thực hiện bằng phản ứng trugraveng hợp mở vograveng lactide (ROP) Lactide lagrave một dime vograveng với monome lagrave axit lactic Phản ứng tạo lactide trải qua hai giai đoạn Đầu tiecircn monome axit lactic được trugraveng ngưng để tạo thagravenh oligome Sau đoacute oligome trải qua quaacute trigravenh để polyme hoacutea đồng thời vograveng hoacutea tạo thagravenh lactide Quaacute trigravenh tạo thagravenh lactide lagrave một trong những giai đoạn quan trọng

5

nhất do bởi độ tinh khiết quang học của lactide coacute ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được

Sơ đồ minh họa quy trigravenh tổng hợp lactide bằng phương phaacutep trugraveng hợp oligome axit lactic

Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1 Phản ứng ngưng tụ Bước 2 Phản ứng unzipping Bước đầu tiecircn lagrave sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thagravenh oligome thocircng qua quaacute trigravenh loại nước gia nhiệt trong điều kiện chacircn khocircng magrave khocircng cần sử dụng xuacutec taacutec Thocircng thường oligome nằm trong khoảng 500 - 2000 Da Bước tiếp theo lagrave phản ứng unzipping nhiệt Xuacutec taacutec cho phản ứng lagrave caacutec kim loại oxit kim loại Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 - 300oC trong điều kiện chacircn khocircng Sản phẩm lactide thocirc thường được kết tinh lại trong dung mocirci hoặc hệ dung mocirci phugrave hợp để loại bỏ caacutec tạp chất

1152 Tinh chế lactide Chưng cất taacutech hỗn hợp gồm hai phần như lactide nước axit lactic vagrave oligome

của axit lactic thagravenh những phần riecircng đogravei hỏi sự hiểu biết động học vagrave hoạt động của thiết bị chacircn khocircng Kết tinh lactide bằng hai phương phaacutep sau

- Kết tinh trong dung mocirci - Kết tinh noacuteng chảy Phương phaacutep kết tinh cho lactide coacute độ tinh khiết cao phugrave hợp để tổng hợp axit

poly-L-lactic (PLLA) đồng nhất coacute khối lượng phacircn tử cao Phương phaacutep chưng cất đogravei hỏi số đĩa lyacute thuyết lớn ngoagravei ra cograven coacute thể xảy ra sự polyme hoacutea của lactide trong cột cất Quaacute trigravenh kết tinh aacutep dụng để loại meso - lactide ra khỏi sản phẩm Tuy nhiecircn hiệu suất thu hồi DL-lactide khocircng cao do bởi quaacute trigravenh kết tinh lại cần lặp lại vagravei lần để đảm bảo độ tinh khiết

1153 Tổng hợp PLA Poly-axit lactic lagrave một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome

(axit lactic) hoặc trugraveng hợp mở vograveng lactide Quaacute trigravenh trugraveng ngưng tạo sản phẩm phụ lagrave nước vagrave rất khoacute bị taacutech ra khỏi hỗn hợp necircn giới hạn khối lượng phacircn tử của polyme Phản ứng trugraveng hợp mở vograveng (ROP) lactide coacute thể cho khối lượng phacircn tử polyme lớn hơn nhiều vagrave lagrave phương phaacutep được sử dụng nhiều nhất Từ quan điểm động học lactide lagrave một trong những vograveng 6 cạnh coacute thể polyme hoacutea Entanpy ở trạng thaacutei tiecircu chuẩn polyme hoacutea tương đối lớn (-23kJmol) Dựa trecircn dữ liệu tinh thể học tia X trong phacircn tử tồn tại sức căng vograveng do coacute chứa 2 nhoacutem ester trong một

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

1

MỞ ĐẦU Trong suốt thế kỷ qua thế kỷ của thời đại đồ nhựa vật liệu polyme đoacuteng vai

trograve quan trọng trong caacutec ngagravenh sản xuất cocircng nghiệp nocircng nghiệp vagrave tiecircu dugraveng Nhưng phế thải của vật liệu nagravey gacircy ocirc nhiễm trầm trọng trong mocirci trường bởi khả năng phacircn hủy của noacute trong thời gian rất lacircu coacute loại đến hagraveng ngagraven năm

Để khắc phục nhược điểm nagravey thế giới hiện nay tập trung phaacutet triển caacutec loại vật liệu xanh nguồn gốc sinh học coacute khả năng tự phacircn hủy taacutei sinh vagrave thacircn thiện với mocirci trường thay thế caacutec loại polyme coacute nguồn gốc dầu mỏ Caacutec nghiecircn cứu nhằm tạo ra caacutec loại vật liệu coacute khả năng phacircn hủy sinh học vagrave thacircn thiện với mocirci trường đang thu huacutet nhiều nhoacutem nghiecircn cứu Trong đoacute xu hướng sử dụng caacutec loại vật liệu coacute nguồn gốc từ thiecircn nhiecircn để dần thay thế caacutec vật liệu coacute nguồn gốc từ dầu mỏ đang ngagravey cagraveng được quan tacircm Những loại vật liệu xanh vật liệu taacutei tạo coacute khả năng phacircn hủy sinh học như poly-axit lactic (PLA) Polyhydroxylbutyrat (PHB) được xem lagrave caacutec ứng cử viecircn cho hướng phaacutet triển nagravey Trong đoacute so với caacutec polyme sinh học khaacutec PLA coacute một số ưu điểm nổi trội sau

- Monome axit lactic được tạo ra bởi quaacute trigravenh lecircn men caacutec sản phẩm từ nocircng nghiệp necircn coacute thể taacutei sinh

- Taacutec động tiacutech cực đến chu trigravenh CO2 do sử dụng thực vật lagravem nguyecircn liệu - Tiết kiệm năng lượng - Coacute thể taacutei sinh PLA thagravenh axit lactic thocircng qua thủy phacircn Chiacutenh vigrave những ưu điểm trecircn magrave PLA được xem lagrave sự lựa chọn hagraveng đầu trong caacutec

polyme sinh học coacute khả năng thay thế caacutec loại polyme dầu mỏ Tiếp bước những nghiecircn cứu về PLA chuacuteng tocirci đatilde chế tạo thagravenh cocircng PLA tự

phacircn hủy sinh học từ caacutec nguồn phế liệu nocircng nghiệp như rơm rạ Quy trigravenh tổng hợp vagrave cấu truacutec tiacutenh chất của PLA đatilde được nghiecircn cứu kỹ lưỡng Vật liệu tổ hợp của PLA với polyethylene glycol nano clay nano bạc cũng được chế tạo vagrave nghiecircn cứu higravenh thaacutei cấu truacutec vagrave caacutec tiacutenh chất đặc trưng

Chương 1 TỔNG QUAN TAgraveI LIỆU 11 Tổng hợp PLA từ rơm rạ

111 Nguồn rơm rạ phế liệu ở Việt Nam Việt Nam lagrave một nước nocircng nghiệp với tổng diện tiacutech đất dagravenh cho nocircng nghiệp

chiếm tới 35 vagrave khoảng 70 dacircn số lagravem nocircng nghiệp [1] Trong đoacute luacutea gạo được xem lagrave loại cacircy trồng vagrave mugravea vụ quan trọng nhất ở nước ta Năng suất luacutea gạo bigravenh quacircn cũng tăng liecircn tục trong những năm qua từ 42 triệu tấnha vagraveo năm 2000 lecircn 53 tấnha vagraveo năm 2010 Năm 2014 theo số liệu ước tiacutenh năng suất coacute thể đạt mức cao nhất từ trước tới nay lagrave 57 tấnha [2] Từ năm 1990 đến nay sản lượng luacutea của Việt Nam liecircn tục tăng trưởng nhờ cải tiến caacutec kỹ thuật canh taacutec tăng năng suất cacircy trồng vagrave một phần nhờ mở rộng diện tiacutech canh taacutec hagraveng năm

2

Rơm rạ lagrave loại phế liệu chiacutenh trong quaacute trigravenh sản xuất luacutea gạo Những kết quả cho thấy mỗi tấn luacutea thu được sẽ cho tương ứng 10 ndash 13 tấn rơm rạ trecircn đồng ruộng tugravey theo cocircng nghệ thu hoạch vagrave điều kiện xử lyacute thu gom Từ sản lượng luacutea gạo thu được hagraveng năm ở trecircn ta coacute thể tiacutenh được sản lượng rơm rạ sau thu hoạch tại nước ta nằm trong khoảng từ 40 ndash 50 triệu tấn [20] Đacircy coacute thể được coi lagrave nguồn sinh khối lớn nếu được thu gom vagrave sử dụng một caacutech hợp lyacute

Ngagravey nay khi ngagravenh cocircng nghiệp đang ngagravey cagraveng phaacutet triển đời sống của người dacircn được nacircng lecircn Nguồn nguyecircn liệu dầu mỏ khiacute đốt vagrave than đaacute phaacutet triển thigrave người nocircng dacircn khocircng sử dụng rơm rạ vagraveo những mục điacutech trecircn magrave hầu hết bị đốt bỏ tại đồng ruộng vừa đỡ cocircng vận chuyển vừa lagravem tăng chất magraveu cho đất Tuy nhiecircn việc đốt bỏ nagravey gacircy latildeng phiacute vagrave lagravem ocirc nhiễm mocirci trường vagrave gacircy hại trực tiếp tới sức khỏe của người dacircn Theo caacutec chuyecircn gia y tế mugrave bụi tro đốt rơm rạ gacircy ra (đặc biệt vagraveo thaacuteng 62009 tại Hagrave Nội) gacircy ocirc nhiễm khocircng khiacute rất coacute hại đối với sức khỏe con người nhất lagrave đối với trẻ em người giagrave vagrave người mắc bệnh đường hocirc hấp

112 Axit lactic Axit lactic (acid 2-hydroxypropionic) hay cograven gọi lagrave axit sữa lagrave axit tồn tại rộng ratildei

trong tự nhiecircn được tigravem thấy ở người động vật thực vật vagrave vi sinh vật Noacute lần đầu tiecircn được phaacutet hiện bởi nhagrave hoacutea học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele vagraveo năm 1780 ở trong sữa chua Axit lactic khan tinh khiết lagrave những hạt tinh thể rắn magraveu trắng coacute nhiệt độ noacuteng chảy thấp Đối lập với caacutec axit khaacutec axit lactic khocircng bay hơi khocircng mugravei khocircng magraveu vagrave coacute vị axit trung bigravenh Hagravem lượng carbon hydrogen vagrave oxygen trong phacircn tử tương ứng lagrave 40 671 vagrave 5329 [5]

Trong cocircng thức cấu tạo phacircn tử của axit lactic coacute một carbon bất đối necircn chuacuteng

coacute hai đồng phacircn quang học lagrave axit D-lactic vagrave axit L-lactic Hai đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất hoacutea lyacute giống nhau chỉ khaacutec nhau khả năng lagravem quay mặt phẳng phacircn cực aacutenh saacuteng một sang phải vagrave một sang traacutei Do đoacute tiacutenh chất sinh học của chuacuteng hoagraven toagraven khaacutec nhau [7]

Cocircng thức cấu tạo của hai đồng phacircn axit lactic axit L(+)-lactic traacutei axit D(-)-

lactic phải

3

Axit L(+)-lactic được chuyển hoacutea hoagraven toagraven vagrave nhanh choacuteng trong quaacute trigravenh tổng hợp glycogen Axit L-lactic ở dạng tinh thể chuacuteng coacute khả năng tan trong nước tan trong cồn tan trong ether khocircng tan trong CHCl3 nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Axit D(-)-lactic được chuyển hoacutea iacutet hơn vagrave phần khocircng chuyển hoacutea sẽ được bagravei tiết dưới dạng urein Sự hiện diện của axit khocircng được chuyển hoacutea trong ống tiecircu hoacutea sẽ gacircy tigravenh trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh Axit D- lactic ở dạng tinh thể tan trong nước tan trong cồn nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Hai dạng đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất vật lyacute khaacutec nhau Caacutec nhoacutem hydroxyl vagrave carboxyl của axit lactic cho pheacutep axit lactic coacute một khoảng rộng caacutec phản ứng hoacutea học Axit lactic coacute pKa khoảng 386 ở 25oC Noacute lagrave một axit trung bigravenh coacute thể phản ứng với caacutec kim loại hoạt động để tạo khiacute hydro vagrave muối kim loại

113 Lactide Lactide (36- dimethyl 14- dioxane 25-dione) lagrave một dime vograveng với monome lagrave

axit lactic Do coacute hai nguyecircn tử carbon bất đối xứng trong phacircn tử necircn lactide tồn tại ở ba dạng khaacutec nhau trong higravenh sau

D-lactide L-lactide Meso-lactide

114 Poly-axit lactic (PLA) Poly-axit lactic (PLA) polylactide lagrave một loại polyme nhiệt dẻo baacuten tinh thể giograven

vagrave rắn coacute nhiệt độ thủy tinh hoacutea tương đối thấp (~600C) vagrave coacute nhiệt độ noacuteng chảy 175 -180oC PLA đang lagrave đối tượng được quan tacircm vagrave phaacutet triển nhiều nhất trecircn thế giới bởi dễ dagraveng được gia cocircng trong caacutec thiết bị gia cocircng chất dẻo thocircng thường vagrave cũng dễ dagraveng phacircn hủy sinh học thiacutech hợp để chế tạo bao bigrave magraveng bọc thực phẩm caacutec sản phẩm sử dụng một lần Tuy thời gian phaacutet triển chưa lacircu (khoảng trecircn 10 năm) nhưng chỉ riecircng tại chacircu Ấu tốc độ phaacutet triển của caacutec sản phẩm nhựa phacircn hủy sinh học đatilde tăng gấp 10 lần cho thấy tiềm năng chiếm lĩnh thị trường rất lớn Higravenh 16 lagrave một số ứng dụng của poly-axit lactic đatilde được lưu hagravenh trecircn thế giới

4

ỨNG DỤNG PLA

Vải sợi PLA

Thuốc nano Vật dụng vagrave VL cocircng nhiệp

Bao bigrave thưc phẩm

Một số sản phẩm coacute sử dụng nhựa phacircn hủy sinh học PLA

PLA coacute thể sản xuất từ axit lactic với nhiều phương phaacutep khaacutec nhau Tuy nhiecircn PLA coacute khối lượng phacircn tử cao thigrave được chế tạo chủ yếu bằng phương phaacutep trugraveng hợp mở vograveng dime dilactide lagrave sản phẩm của phản ứng khử trugraveng hợp axit lactic Phương phaacutep nagravey phải trải qua hai giai đoạn vagrave bước tinh chế Do đoacute chi phiacute tăng lecircn đaacuteng kể PLA được tổng hợp từ phản ứng đa tụ coacute khối lượng phacircn tử thấp tiacutenh chất cơ lyacute keacutem vagrave do đoacute khocircng coacute nhiều ứng dụng Vigrave thế nhiều nghiecircn cứu được tập trung để giải quyết vấn đề nagravey bởi vigrave sự cần thiết của việc sản xuất polyme coacute khối lượng phacircn tử cao với chi phiacute thấp

Caacutec phương phaacutep tổng hợp PLA từ axit lactic

115 Tổng hợp PLA 1151 Tổng hợp lactide

Tổng hợp poly-axit lactic được thực hiện bằng phản ứng trugraveng hợp mở vograveng lactide (ROP) Lactide lagrave một dime vograveng với monome lagrave axit lactic Phản ứng tạo lactide trải qua hai giai đoạn Đầu tiecircn monome axit lactic được trugraveng ngưng để tạo thagravenh oligome Sau đoacute oligome trải qua quaacute trigravenh để polyme hoacutea đồng thời vograveng hoacutea tạo thagravenh lactide Quaacute trigravenh tạo thagravenh lactide lagrave một trong những giai đoạn quan trọng

5

nhất do bởi độ tinh khiết quang học của lactide coacute ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được

Sơ đồ minh họa quy trigravenh tổng hợp lactide bằng phương phaacutep trugraveng hợp oligome axit lactic

Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1 Phản ứng ngưng tụ Bước 2 Phản ứng unzipping Bước đầu tiecircn lagrave sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thagravenh oligome thocircng qua quaacute trigravenh loại nước gia nhiệt trong điều kiện chacircn khocircng magrave khocircng cần sử dụng xuacutec taacutec Thocircng thường oligome nằm trong khoảng 500 - 2000 Da Bước tiếp theo lagrave phản ứng unzipping nhiệt Xuacutec taacutec cho phản ứng lagrave caacutec kim loại oxit kim loại Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 - 300oC trong điều kiện chacircn khocircng Sản phẩm lactide thocirc thường được kết tinh lại trong dung mocirci hoặc hệ dung mocirci phugrave hợp để loại bỏ caacutec tạp chất

1152 Tinh chế lactide Chưng cất taacutech hỗn hợp gồm hai phần như lactide nước axit lactic vagrave oligome

của axit lactic thagravenh những phần riecircng đogravei hỏi sự hiểu biết động học vagrave hoạt động của thiết bị chacircn khocircng Kết tinh lactide bằng hai phương phaacutep sau

- Kết tinh trong dung mocirci - Kết tinh noacuteng chảy Phương phaacutep kết tinh cho lactide coacute độ tinh khiết cao phugrave hợp để tổng hợp axit

poly-L-lactic (PLLA) đồng nhất coacute khối lượng phacircn tử cao Phương phaacutep chưng cất đogravei hỏi số đĩa lyacute thuyết lớn ngoagravei ra cograven coacute thể xảy ra sự polyme hoacutea của lactide trong cột cất Quaacute trigravenh kết tinh aacutep dụng để loại meso - lactide ra khỏi sản phẩm Tuy nhiecircn hiệu suất thu hồi DL-lactide khocircng cao do bởi quaacute trigravenh kết tinh lại cần lặp lại vagravei lần để đảm bảo độ tinh khiết

1153 Tổng hợp PLA Poly-axit lactic lagrave một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome

(axit lactic) hoặc trugraveng hợp mở vograveng lactide Quaacute trigravenh trugraveng ngưng tạo sản phẩm phụ lagrave nước vagrave rất khoacute bị taacutech ra khỏi hỗn hợp necircn giới hạn khối lượng phacircn tử của polyme Phản ứng trugraveng hợp mở vograveng (ROP) lactide coacute thể cho khối lượng phacircn tử polyme lớn hơn nhiều vagrave lagrave phương phaacutep được sử dụng nhiều nhất Từ quan điểm động học lactide lagrave một trong những vograveng 6 cạnh coacute thể polyme hoacutea Entanpy ở trạng thaacutei tiecircu chuẩn polyme hoacutea tương đối lớn (-23kJmol) Dựa trecircn dữ liệu tinh thể học tia X trong phacircn tử tồn tại sức căng vograveng do coacute chứa 2 nhoacutem ester trong một

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

2

Rơm rạ lagrave loại phế liệu chiacutenh trong quaacute trigravenh sản xuất luacutea gạo Những kết quả cho thấy mỗi tấn luacutea thu được sẽ cho tương ứng 10 ndash 13 tấn rơm rạ trecircn đồng ruộng tugravey theo cocircng nghệ thu hoạch vagrave điều kiện xử lyacute thu gom Từ sản lượng luacutea gạo thu được hagraveng năm ở trecircn ta coacute thể tiacutenh được sản lượng rơm rạ sau thu hoạch tại nước ta nằm trong khoảng từ 40 ndash 50 triệu tấn [20] Đacircy coacute thể được coi lagrave nguồn sinh khối lớn nếu được thu gom vagrave sử dụng một caacutech hợp lyacute

Ngagravey nay khi ngagravenh cocircng nghiệp đang ngagravey cagraveng phaacutet triển đời sống của người dacircn được nacircng lecircn Nguồn nguyecircn liệu dầu mỏ khiacute đốt vagrave than đaacute phaacutet triển thigrave người nocircng dacircn khocircng sử dụng rơm rạ vagraveo những mục điacutech trecircn magrave hầu hết bị đốt bỏ tại đồng ruộng vừa đỡ cocircng vận chuyển vừa lagravem tăng chất magraveu cho đất Tuy nhiecircn việc đốt bỏ nagravey gacircy latildeng phiacute vagrave lagravem ocirc nhiễm mocirci trường vagrave gacircy hại trực tiếp tới sức khỏe của người dacircn Theo caacutec chuyecircn gia y tế mugrave bụi tro đốt rơm rạ gacircy ra (đặc biệt vagraveo thaacuteng 62009 tại Hagrave Nội) gacircy ocirc nhiễm khocircng khiacute rất coacute hại đối với sức khỏe con người nhất lagrave đối với trẻ em người giagrave vagrave người mắc bệnh đường hocirc hấp

112 Axit lactic Axit lactic (acid 2-hydroxypropionic) hay cograven gọi lagrave axit sữa lagrave axit tồn tại rộng ratildei

trong tự nhiecircn được tigravem thấy ở người động vật thực vật vagrave vi sinh vật Noacute lần đầu tiecircn được phaacutet hiện bởi nhagrave hoacutea học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele vagraveo năm 1780 ở trong sữa chua Axit lactic khan tinh khiết lagrave những hạt tinh thể rắn magraveu trắng coacute nhiệt độ noacuteng chảy thấp Đối lập với caacutec axit khaacutec axit lactic khocircng bay hơi khocircng mugravei khocircng magraveu vagrave coacute vị axit trung bigravenh Hagravem lượng carbon hydrogen vagrave oxygen trong phacircn tử tương ứng lagrave 40 671 vagrave 5329 [5]

Trong cocircng thức cấu tạo phacircn tử của axit lactic coacute một carbon bất đối necircn chuacuteng

coacute hai đồng phacircn quang học lagrave axit D-lactic vagrave axit L-lactic Hai đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất hoacutea lyacute giống nhau chỉ khaacutec nhau khả năng lagravem quay mặt phẳng phacircn cực aacutenh saacuteng một sang phải vagrave một sang traacutei Do đoacute tiacutenh chất sinh học của chuacuteng hoagraven toagraven khaacutec nhau [7]

Cocircng thức cấu tạo của hai đồng phacircn axit lactic axit L(+)-lactic traacutei axit D(-)-

lactic phải

3

Axit L(+)-lactic được chuyển hoacutea hoagraven toagraven vagrave nhanh choacuteng trong quaacute trigravenh tổng hợp glycogen Axit L-lactic ở dạng tinh thể chuacuteng coacute khả năng tan trong nước tan trong cồn tan trong ether khocircng tan trong CHCl3 nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Axit D(-)-lactic được chuyển hoacutea iacutet hơn vagrave phần khocircng chuyển hoacutea sẽ được bagravei tiết dưới dạng urein Sự hiện diện của axit khocircng được chuyển hoacutea trong ống tiecircu hoacutea sẽ gacircy tigravenh trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh Axit D- lactic ở dạng tinh thể tan trong nước tan trong cồn nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Hai dạng đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất vật lyacute khaacutec nhau Caacutec nhoacutem hydroxyl vagrave carboxyl của axit lactic cho pheacutep axit lactic coacute một khoảng rộng caacutec phản ứng hoacutea học Axit lactic coacute pKa khoảng 386 ở 25oC Noacute lagrave một axit trung bigravenh coacute thể phản ứng với caacutec kim loại hoạt động để tạo khiacute hydro vagrave muối kim loại

113 Lactide Lactide (36- dimethyl 14- dioxane 25-dione) lagrave một dime vograveng với monome lagrave

axit lactic Do coacute hai nguyecircn tử carbon bất đối xứng trong phacircn tử necircn lactide tồn tại ở ba dạng khaacutec nhau trong higravenh sau

D-lactide L-lactide Meso-lactide

114 Poly-axit lactic (PLA) Poly-axit lactic (PLA) polylactide lagrave một loại polyme nhiệt dẻo baacuten tinh thể giograven

vagrave rắn coacute nhiệt độ thủy tinh hoacutea tương đối thấp (~600C) vagrave coacute nhiệt độ noacuteng chảy 175 -180oC PLA đang lagrave đối tượng được quan tacircm vagrave phaacutet triển nhiều nhất trecircn thế giới bởi dễ dagraveng được gia cocircng trong caacutec thiết bị gia cocircng chất dẻo thocircng thường vagrave cũng dễ dagraveng phacircn hủy sinh học thiacutech hợp để chế tạo bao bigrave magraveng bọc thực phẩm caacutec sản phẩm sử dụng một lần Tuy thời gian phaacutet triển chưa lacircu (khoảng trecircn 10 năm) nhưng chỉ riecircng tại chacircu Ấu tốc độ phaacutet triển của caacutec sản phẩm nhựa phacircn hủy sinh học đatilde tăng gấp 10 lần cho thấy tiềm năng chiếm lĩnh thị trường rất lớn Higravenh 16 lagrave một số ứng dụng của poly-axit lactic đatilde được lưu hagravenh trecircn thế giới

4

ỨNG DỤNG PLA

Vải sợi PLA

Thuốc nano Vật dụng vagrave VL cocircng nhiệp

Bao bigrave thưc phẩm

Một số sản phẩm coacute sử dụng nhựa phacircn hủy sinh học PLA

PLA coacute thể sản xuất từ axit lactic với nhiều phương phaacutep khaacutec nhau Tuy nhiecircn PLA coacute khối lượng phacircn tử cao thigrave được chế tạo chủ yếu bằng phương phaacutep trugraveng hợp mở vograveng dime dilactide lagrave sản phẩm của phản ứng khử trugraveng hợp axit lactic Phương phaacutep nagravey phải trải qua hai giai đoạn vagrave bước tinh chế Do đoacute chi phiacute tăng lecircn đaacuteng kể PLA được tổng hợp từ phản ứng đa tụ coacute khối lượng phacircn tử thấp tiacutenh chất cơ lyacute keacutem vagrave do đoacute khocircng coacute nhiều ứng dụng Vigrave thế nhiều nghiecircn cứu được tập trung để giải quyết vấn đề nagravey bởi vigrave sự cần thiết của việc sản xuất polyme coacute khối lượng phacircn tử cao với chi phiacute thấp

Caacutec phương phaacutep tổng hợp PLA từ axit lactic

115 Tổng hợp PLA 1151 Tổng hợp lactide

Tổng hợp poly-axit lactic được thực hiện bằng phản ứng trugraveng hợp mở vograveng lactide (ROP) Lactide lagrave một dime vograveng với monome lagrave axit lactic Phản ứng tạo lactide trải qua hai giai đoạn Đầu tiecircn monome axit lactic được trugraveng ngưng để tạo thagravenh oligome Sau đoacute oligome trải qua quaacute trigravenh để polyme hoacutea đồng thời vograveng hoacutea tạo thagravenh lactide Quaacute trigravenh tạo thagravenh lactide lagrave một trong những giai đoạn quan trọng

5

nhất do bởi độ tinh khiết quang học của lactide coacute ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được

Sơ đồ minh họa quy trigravenh tổng hợp lactide bằng phương phaacutep trugraveng hợp oligome axit lactic

Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1 Phản ứng ngưng tụ Bước 2 Phản ứng unzipping Bước đầu tiecircn lagrave sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thagravenh oligome thocircng qua quaacute trigravenh loại nước gia nhiệt trong điều kiện chacircn khocircng magrave khocircng cần sử dụng xuacutec taacutec Thocircng thường oligome nằm trong khoảng 500 - 2000 Da Bước tiếp theo lagrave phản ứng unzipping nhiệt Xuacutec taacutec cho phản ứng lagrave caacutec kim loại oxit kim loại Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 - 300oC trong điều kiện chacircn khocircng Sản phẩm lactide thocirc thường được kết tinh lại trong dung mocirci hoặc hệ dung mocirci phugrave hợp để loại bỏ caacutec tạp chất

1152 Tinh chế lactide Chưng cất taacutech hỗn hợp gồm hai phần như lactide nước axit lactic vagrave oligome

của axit lactic thagravenh những phần riecircng đogravei hỏi sự hiểu biết động học vagrave hoạt động của thiết bị chacircn khocircng Kết tinh lactide bằng hai phương phaacutep sau

- Kết tinh trong dung mocirci - Kết tinh noacuteng chảy Phương phaacutep kết tinh cho lactide coacute độ tinh khiết cao phugrave hợp để tổng hợp axit

poly-L-lactic (PLLA) đồng nhất coacute khối lượng phacircn tử cao Phương phaacutep chưng cất đogravei hỏi số đĩa lyacute thuyết lớn ngoagravei ra cograven coacute thể xảy ra sự polyme hoacutea của lactide trong cột cất Quaacute trigravenh kết tinh aacutep dụng để loại meso - lactide ra khỏi sản phẩm Tuy nhiecircn hiệu suất thu hồi DL-lactide khocircng cao do bởi quaacute trigravenh kết tinh lại cần lặp lại vagravei lần để đảm bảo độ tinh khiết

1153 Tổng hợp PLA Poly-axit lactic lagrave một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome

(axit lactic) hoặc trugraveng hợp mở vograveng lactide Quaacute trigravenh trugraveng ngưng tạo sản phẩm phụ lagrave nước vagrave rất khoacute bị taacutech ra khỏi hỗn hợp necircn giới hạn khối lượng phacircn tử của polyme Phản ứng trugraveng hợp mở vograveng (ROP) lactide coacute thể cho khối lượng phacircn tử polyme lớn hơn nhiều vagrave lagrave phương phaacutep được sử dụng nhiều nhất Từ quan điểm động học lactide lagrave một trong những vograveng 6 cạnh coacute thể polyme hoacutea Entanpy ở trạng thaacutei tiecircu chuẩn polyme hoacutea tương đối lớn (-23kJmol) Dựa trecircn dữ liệu tinh thể học tia X trong phacircn tử tồn tại sức căng vograveng do coacute chứa 2 nhoacutem ester trong một

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

3

Axit L(+)-lactic được chuyển hoacutea hoagraven toagraven vagrave nhanh choacuteng trong quaacute trigravenh tổng hợp glycogen Axit L-lactic ở dạng tinh thể chuacuteng coacute khả năng tan trong nước tan trong cồn tan trong ether khocircng tan trong CHCl3 nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Axit D(-)-lactic được chuyển hoacutea iacutet hơn vagrave phần khocircng chuyển hoacutea sẽ được bagravei tiết dưới dạng urein Sự hiện diện của axit khocircng được chuyển hoacutea trong ống tiecircu hoacutea sẽ gacircy tigravenh trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh Axit D- lactic ở dạng tinh thể tan trong nước tan trong cồn nhiệt độ noacuteng chảy 28ordmC [7]

Hai dạng đồng phacircn quang học nagravey coacute tiacutenh chất vật lyacute khaacutec nhau Caacutec nhoacutem hydroxyl vagrave carboxyl của axit lactic cho pheacutep axit lactic coacute một khoảng rộng caacutec phản ứng hoacutea học Axit lactic coacute pKa khoảng 386 ở 25oC Noacute lagrave một axit trung bigravenh coacute thể phản ứng với caacutec kim loại hoạt động để tạo khiacute hydro vagrave muối kim loại

113 Lactide Lactide (36- dimethyl 14- dioxane 25-dione) lagrave một dime vograveng với monome lagrave

axit lactic Do coacute hai nguyecircn tử carbon bất đối xứng trong phacircn tử necircn lactide tồn tại ở ba dạng khaacutec nhau trong higravenh sau

D-lactide L-lactide Meso-lactide

114 Poly-axit lactic (PLA) Poly-axit lactic (PLA) polylactide lagrave một loại polyme nhiệt dẻo baacuten tinh thể giograven

vagrave rắn coacute nhiệt độ thủy tinh hoacutea tương đối thấp (~600C) vagrave coacute nhiệt độ noacuteng chảy 175 -180oC PLA đang lagrave đối tượng được quan tacircm vagrave phaacutet triển nhiều nhất trecircn thế giới bởi dễ dagraveng được gia cocircng trong caacutec thiết bị gia cocircng chất dẻo thocircng thường vagrave cũng dễ dagraveng phacircn hủy sinh học thiacutech hợp để chế tạo bao bigrave magraveng bọc thực phẩm caacutec sản phẩm sử dụng một lần Tuy thời gian phaacutet triển chưa lacircu (khoảng trecircn 10 năm) nhưng chỉ riecircng tại chacircu Ấu tốc độ phaacutet triển của caacutec sản phẩm nhựa phacircn hủy sinh học đatilde tăng gấp 10 lần cho thấy tiềm năng chiếm lĩnh thị trường rất lớn Higravenh 16 lagrave một số ứng dụng của poly-axit lactic đatilde được lưu hagravenh trecircn thế giới

4

ỨNG DỤNG PLA

Vải sợi PLA

Thuốc nano Vật dụng vagrave VL cocircng nhiệp

Bao bigrave thưc phẩm

Một số sản phẩm coacute sử dụng nhựa phacircn hủy sinh học PLA

PLA coacute thể sản xuất từ axit lactic với nhiều phương phaacutep khaacutec nhau Tuy nhiecircn PLA coacute khối lượng phacircn tử cao thigrave được chế tạo chủ yếu bằng phương phaacutep trugraveng hợp mở vograveng dime dilactide lagrave sản phẩm của phản ứng khử trugraveng hợp axit lactic Phương phaacutep nagravey phải trải qua hai giai đoạn vagrave bước tinh chế Do đoacute chi phiacute tăng lecircn đaacuteng kể PLA được tổng hợp từ phản ứng đa tụ coacute khối lượng phacircn tử thấp tiacutenh chất cơ lyacute keacutem vagrave do đoacute khocircng coacute nhiều ứng dụng Vigrave thế nhiều nghiecircn cứu được tập trung để giải quyết vấn đề nagravey bởi vigrave sự cần thiết của việc sản xuất polyme coacute khối lượng phacircn tử cao với chi phiacute thấp

Caacutec phương phaacutep tổng hợp PLA từ axit lactic

115 Tổng hợp PLA 1151 Tổng hợp lactide

Tổng hợp poly-axit lactic được thực hiện bằng phản ứng trugraveng hợp mở vograveng lactide (ROP) Lactide lagrave một dime vograveng với monome lagrave axit lactic Phản ứng tạo lactide trải qua hai giai đoạn Đầu tiecircn monome axit lactic được trugraveng ngưng để tạo thagravenh oligome Sau đoacute oligome trải qua quaacute trigravenh để polyme hoacutea đồng thời vograveng hoacutea tạo thagravenh lactide Quaacute trigravenh tạo thagravenh lactide lagrave một trong những giai đoạn quan trọng

5

nhất do bởi độ tinh khiết quang học của lactide coacute ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được

Sơ đồ minh họa quy trigravenh tổng hợp lactide bằng phương phaacutep trugraveng hợp oligome axit lactic

Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1 Phản ứng ngưng tụ Bước 2 Phản ứng unzipping Bước đầu tiecircn lagrave sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thagravenh oligome thocircng qua quaacute trigravenh loại nước gia nhiệt trong điều kiện chacircn khocircng magrave khocircng cần sử dụng xuacutec taacutec Thocircng thường oligome nằm trong khoảng 500 - 2000 Da Bước tiếp theo lagrave phản ứng unzipping nhiệt Xuacutec taacutec cho phản ứng lagrave caacutec kim loại oxit kim loại Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 - 300oC trong điều kiện chacircn khocircng Sản phẩm lactide thocirc thường được kết tinh lại trong dung mocirci hoặc hệ dung mocirci phugrave hợp để loại bỏ caacutec tạp chất

1152 Tinh chế lactide Chưng cất taacutech hỗn hợp gồm hai phần như lactide nước axit lactic vagrave oligome

của axit lactic thagravenh những phần riecircng đogravei hỏi sự hiểu biết động học vagrave hoạt động của thiết bị chacircn khocircng Kết tinh lactide bằng hai phương phaacutep sau

- Kết tinh trong dung mocirci - Kết tinh noacuteng chảy Phương phaacutep kết tinh cho lactide coacute độ tinh khiết cao phugrave hợp để tổng hợp axit

poly-L-lactic (PLLA) đồng nhất coacute khối lượng phacircn tử cao Phương phaacutep chưng cất đogravei hỏi số đĩa lyacute thuyết lớn ngoagravei ra cograven coacute thể xảy ra sự polyme hoacutea của lactide trong cột cất Quaacute trigravenh kết tinh aacutep dụng để loại meso - lactide ra khỏi sản phẩm Tuy nhiecircn hiệu suất thu hồi DL-lactide khocircng cao do bởi quaacute trigravenh kết tinh lại cần lặp lại vagravei lần để đảm bảo độ tinh khiết

1153 Tổng hợp PLA Poly-axit lactic lagrave một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome

(axit lactic) hoặc trugraveng hợp mở vograveng lactide Quaacute trigravenh trugraveng ngưng tạo sản phẩm phụ lagrave nước vagrave rất khoacute bị taacutech ra khỏi hỗn hợp necircn giới hạn khối lượng phacircn tử của polyme Phản ứng trugraveng hợp mở vograveng (ROP) lactide coacute thể cho khối lượng phacircn tử polyme lớn hơn nhiều vagrave lagrave phương phaacutep được sử dụng nhiều nhất Từ quan điểm động học lactide lagrave một trong những vograveng 6 cạnh coacute thể polyme hoacutea Entanpy ở trạng thaacutei tiecircu chuẩn polyme hoacutea tương đối lớn (-23kJmol) Dựa trecircn dữ liệu tinh thể học tia X trong phacircn tử tồn tại sức căng vograveng do coacute chứa 2 nhoacutem ester trong một

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

4

ỨNG DỤNG PLA

Vải sợi PLA

Thuốc nano Vật dụng vagrave VL cocircng nhiệp

Bao bigrave thưc phẩm

Một số sản phẩm coacute sử dụng nhựa phacircn hủy sinh học PLA

PLA coacute thể sản xuất từ axit lactic với nhiều phương phaacutep khaacutec nhau Tuy nhiecircn PLA coacute khối lượng phacircn tử cao thigrave được chế tạo chủ yếu bằng phương phaacutep trugraveng hợp mở vograveng dime dilactide lagrave sản phẩm của phản ứng khử trugraveng hợp axit lactic Phương phaacutep nagravey phải trải qua hai giai đoạn vagrave bước tinh chế Do đoacute chi phiacute tăng lecircn đaacuteng kể PLA được tổng hợp từ phản ứng đa tụ coacute khối lượng phacircn tử thấp tiacutenh chất cơ lyacute keacutem vagrave do đoacute khocircng coacute nhiều ứng dụng Vigrave thế nhiều nghiecircn cứu được tập trung để giải quyết vấn đề nagravey bởi vigrave sự cần thiết của việc sản xuất polyme coacute khối lượng phacircn tử cao với chi phiacute thấp

Caacutec phương phaacutep tổng hợp PLA từ axit lactic

115 Tổng hợp PLA 1151 Tổng hợp lactide

Tổng hợp poly-axit lactic được thực hiện bằng phản ứng trugraveng hợp mở vograveng lactide (ROP) Lactide lagrave một dime vograveng với monome lagrave axit lactic Phản ứng tạo lactide trải qua hai giai đoạn Đầu tiecircn monome axit lactic được trugraveng ngưng để tạo thagravenh oligome Sau đoacute oligome trải qua quaacute trigravenh để polyme hoacutea đồng thời vograveng hoacutea tạo thagravenh lactide Quaacute trigravenh tạo thagravenh lactide lagrave một trong những giai đoạn quan trọng

5

nhất do bởi độ tinh khiết quang học của lactide coacute ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được

Sơ đồ minh họa quy trigravenh tổng hợp lactide bằng phương phaacutep trugraveng hợp oligome axit lactic

Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1 Phản ứng ngưng tụ Bước 2 Phản ứng unzipping Bước đầu tiecircn lagrave sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thagravenh oligome thocircng qua quaacute trigravenh loại nước gia nhiệt trong điều kiện chacircn khocircng magrave khocircng cần sử dụng xuacutec taacutec Thocircng thường oligome nằm trong khoảng 500 - 2000 Da Bước tiếp theo lagrave phản ứng unzipping nhiệt Xuacutec taacutec cho phản ứng lagrave caacutec kim loại oxit kim loại Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 - 300oC trong điều kiện chacircn khocircng Sản phẩm lactide thocirc thường được kết tinh lại trong dung mocirci hoặc hệ dung mocirci phugrave hợp để loại bỏ caacutec tạp chất

1152 Tinh chế lactide Chưng cất taacutech hỗn hợp gồm hai phần như lactide nước axit lactic vagrave oligome

của axit lactic thagravenh những phần riecircng đogravei hỏi sự hiểu biết động học vagrave hoạt động của thiết bị chacircn khocircng Kết tinh lactide bằng hai phương phaacutep sau

- Kết tinh trong dung mocirci - Kết tinh noacuteng chảy Phương phaacutep kết tinh cho lactide coacute độ tinh khiết cao phugrave hợp để tổng hợp axit

poly-L-lactic (PLLA) đồng nhất coacute khối lượng phacircn tử cao Phương phaacutep chưng cất đogravei hỏi số đĩa lyacute thuyết lớn ngoagravei ra cograven coacute thể xảy ra sự polyme hoacutea của lactide trong cột cất Quaacute trigravenh kết tinh aacutep dụng để loại meso - lactide ra khỏi sản phẩm Tuy nhiecircn hiệu suất thu hồi DL-lactide khocircng cao do bởi quaacute trigravenh kết tinh lại cần lặp lại vagravei lần để đảm bảo độ tinh khiết

1153 Tổng hợp PLA Poly-axit lactic lagrave một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome

(axit lactic) hoặc trugraveng hợp mở vograveng lactide Quaacute trigravenh trugraveng ngưng tạo sản phẩm phụ lagrave nước vagrave rất khoacute bị taacutech ra khỏi hỗn hợp necircn giới hạn khối lượng phacircn tử của polyme Phản ứng trugraveng hợp mở vograveng (ROP) lactide coacute thể cho khối lượng phacircn tử polyme lớn hơn nhiều vagrave lagrave phương phaacutep được sử dụng nhiều nhất Từ quan điểm động học lactide lagrave một trong những vograveng 6 cạnh coacute thể polyme hoacutea Entanpy ở trạng thaacutei tiecircu chuẩn polyme hoacutea tương đối lớn (-23kJmol) Dựa trecircn dữ liệu tinh thể học tia X trong phacircn tử tồn tại sức căng vograveng do coacute chứa 2 nhoacutem ester trong một

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

5

nhất do bởi độ tinh khiết quang học của lactide coacute ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được

Sơ đồ minh họa quy trigravenh tổng hợp lactide bằng phương phaacutep trugraveng hợp oligome axit lactic

Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1 Phản ứng ngưng tụ Bước 2 Phản ứng unzipping Bước đầu tiecircn lagrave sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thagravenh oligome thocircng qua quaacute trigravenh loại nước gia nhiệt trong điều kiện chacircn khocircng magrave khocircng cần sử dụng xuacutec taacutec Thocircng thường oligome nằm trong khoảng 500 - 2000 Da Bước tiếp theo lagrave phản ứng unzipping nhiệt Xuacutec taacutec cho phản ứng lagrave caacutec kim loại oxit kim loại Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 - 300oC trong điều kiện chacircn khocircng Sản phẩm lactide thocirc thường được kết tinh lại trong dung mocirci hoặc hệ dung mocirci phugrave hợp để loại bỏ caacutec tạp chất

1152 Tinh chế lactide Chưng cất taacutech hỗn hợp gồm hai phần như lactide nước axit lactic vagrave oligome

của axit lactic thagravenh những phần riecircng đogravei hỏi sự hiểu biết động học vagrave hoạt động của thiết bị chacircn khocircng Kết tinh lactide bằng hai phương phaacutep sau

- Kết tinh trong dung mocirci - Kết tinh noacuteng chảy Phương phaacutep kết tinh cho lactide coacute độ tinh khiết cao phugrave hợp để tổng hợp axit

poly-L-lactic (PLLA) đồng nhất coacute khối lượng phacircn tử cao Phương phaacutep chưng cất đogravei hỏi số đĩa lyacute thuyết lớn ngoagravei ra cograven coacute thể xảy ra sự polyme hoacutea của lactide trong cột cất Quaacute trigravenh kết tinh aacutep dụng để loại meso - lactide ra khỏi sản phẩm Tuy nhiecircn hiệu suất thu hồi DL-lactide khocircng cao do bởi quaacute trigravenh kết tinh lại cần lặp lại vagravei lần để đảm bảo độ tinh khiết

1153 Tổng hợp PLA Poly-axit lactic lagrave một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome

(axit lactic) hoặc trugraveng hợp mở vograveng lactide Quaacute trigravenh trugraveng ngưng tạo sản phẩm phụ lagrave nước vagrave rất khoacute bị taacutech ra khỏi hỗn hợp necircn giới hạn khối lượng phacircn tử của polyme Phản ứng trugraveng hợp mở vograveng (ROP) lactide coacute thể cho khối lượng phacircn tử polyme lớn hơn nhiều vagrave lagrave phương phaacutep được sử dụng nhiều nhất Từ quan điểm động học lactide lagrave một trong những vograveng 6 cạnh coacute thể polyme hoacutea Entanpy ở trạng thaacutei tiecircu chuẩn polyme hoacutea tương đối lớn (-23kJmol) Dựa trecircn dữ liệu tinh thể học tia X trong phacircn tử tồn tại sức căng vograveng do coacute chứa 2 nhoacutem ester trong một

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

6

vograveng phẳng Quaacute trigravenh phản ứng mở vograveng trugraveng hợp lactide yecircu cầu những xuacutec taacutec phugrave hợp để phản ứng xẩy ra vagrave thu được polyme coacute tiacutenh chất mong muốn

12 Đặc trưng cấu truacutec của PLA 121 Vi cấu truacutec higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng

Cấu truacutec của PLA được nghiecircn cứu bằng nhiều phương phaacutep phacircn tiacutech vi cấu truacutec vagrave higravenh thaacutei học của PLA đatilde được phaacutet triển Phương phaacutep kiacutenh hiển vi điện tử queacutet (SEM) vagrave kiacutenh hiển vi lực nguyecircn tử (AFM) lagrave những phương phaacutep điển higravenh để nghiecircn cứu higravenh thaacutei học vagrave tương taacutec của PLA hay giữa PLA vagrave chất độn hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite [10] Những tiacutenh chất higravenh thaacutei học vagrave higravenh dạng của PLA thường được nghiecircn cứu bằng phổ 1H-NMR hoặc phổ dao động Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vagrave Raman thường được sử dụng để nhận được thocircng tin về pha tinh thể vagrave vocirc định higravenh của PLA [10] Từ thocircng tin trecircn phổ Raman vagrave so saacutenh với dữ liệu về tổng hợp polyme coacute thể phacircn tiacutech rotilde hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme Trecircn dải Raman tại 1044 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết Cα-C vagrave dao động của liecircn kết Cβ-H Dải tại 1128 cm-1 đặc trưng cho độ căng liecircn kết O-Cα vagrave độ uốn cong của liecircn kết Cα-Hαtrong PLA

122 Khối lượng mol vagrave cấu truacutec phacircn tử Khối lượng mol vagrave phacircn bố khối lượng mol của PLA coacute ảnh hưởng đến tiacutenh chất

gia cocircng tiacutenh chất cơ vagrave tiacutenh phacircn hủy của polyme Khối lượng mol của polyme thường được xaacutec định bởi sắc kyacute thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme [16] Hai dung mocirci phổ biến nhất được sử dụng cho GPC lagrave chloroform vagrave tetrahydrofurane (THF) Trong thocircng baacuteo gần đacircy HPLC coacute khả năng xaacutec định định lượng từng oligome riecircng rẽ vagrave phương phaacutep nagravey cũng phugrave hợp cho polyme hoacutea theo cơ chế phaacutet triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol [22] Một phương phaacutep khaacutec được sử dụng để phacircn tiacutech cấu truacutec PLA vagrave phacircn tiacutech khối lượng mol lagrave 1H-NMR bởi vigrave nguyecircn tử hydro trong đơn vị PLA của nhoacutem methyl (δ = 515) vagrave methyl cạnh nhoacutem hydroxyl cuối mạch (δ = 44) coacute thể được định lượng từ phổ đồ

123 Sự phacircn hủy của PLA Lượng dư xuacutec taacutec monome vagrave oligome lagravem giảm nhiệt độ phacircn hủy vagrave tăng tốc

độ phacircn hủy nhiệt của PLA [16] Sự thay đổi cấu truacutec gacircy ra bởi phacircn hủy nhiệt coacute thể ảnh hưởng đến độ nhớt tiacutenh chất lưu biến vagrave tiacutenh chất cơ lyacute của PLA vagrave lagrave kết quả gacircy ra những vấn đề liecircn quan đến gia cocircng như tạo khoacutei Những khiacutea cạnh chung của phacircn hủy nhiệt của PLA đatilde được xaacutec lập từ những năm 80 với những phương phaacutep như phacircn tiacutech nguyecircn tố IR NMR phacircn tiacutech nhiệt trọng lượng (TGA) DSC vagrave phacircn tiacutech nhiệt thagravenh phần bay hơi (TVA) TGA cũng coacute thể được sử dụng để nghiecircn cứu động học phacircn hủy nhiệt của PLA TVA-MS nhiệt phacircn (py)-MS py-GCMS hoặc TGA kết hợp với FT-IR (TGA-FT-IR) thường được sử dụng để phacircn tiacutech sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA Loại vagrave tỷ lệ tương đối của caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phacircn hủy vagrave quaacute trigravenh phacircn hủy xảy ra trong hệ đoacuteng hoặc mở Caacutec sản phẩm phacircn hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide vagrave những oligome dạng vograveng coacute kiacutech cỡ khaacutec nhau carbon dioxide carbon

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

7

monoxide axit acrylic methane ethylene propylene methylether (sản phẩm phacircn mảnh) acetaldehide vagrave butan-13-dion Sự trao đổi ester back bitting lagrave quaacute trigravenh trans ester hoacutea nội phacircn tử tạo thagravenh lactide vagrave caacutec oligome vograveng đatilde được chứng minh lagrave quaacute trigravenh phacircn hủy nhiệt chiacutenh của PLA Khi coacute mặt của xuacutec taacutec Sn hoặc Mg hay Ca oxide sự tạo thagravenh coacute chọn lọc lactide coacute thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phugrave hợp

13 Caacutec vật liệu tổng hợp của PLA 131 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA PEG PLA lagrave một polyme coacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute tốt với ứng suất đagraven hồi khoảng 3000-

4000 MPa vagrave độ bền keacuteo ~ 50 MPa Do đoacute trecircn lyacute thuyết PLA hoagraven toagraven coacute thể thay thế cho caacutec polyme truyền thống trong rất nhiều caacutec lĩnh vực như bao goacutei sợi thugraveng chứahellip Tuy nhiecircn khả năng biến dạng keacutem của vật liệu nagravey đatilde hạn chế nhiều ứng dụng của noacute PLA coacute nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 60-70oC vigrave vậy noacute rất giograven ở nhiệt độ thường dẫn đến dễ bị phaacute hủy do rạn nứt

PEG lagrave polyme của ethylene oxide thường tồn tại ở cả ba dạng lỏng saacutep vagrave bột rắn tugravey thuộc vagraveo khối lượng phacircn tử PEG lagrave một polyme nhiệt dẻo coacute độ kết tinh cao vagrave coacute khả năng tan trong nước PEG với phacircn tử khối thấp thường được dugraveng lagravem chất dẻo hoacutea cho PLA Trong tổ hợp với một thagravenh phần nhỏ hơn 20 thigrave chỉ coacute thagravenh phần chiacutenh coacute khả năng kết tinh

Trong luận văn nagravey tổ hợp PLA-PEG với caacutec tỷ lệ PEG khaacutec nhau đatilde được điều chế theo phương phaacutep trộn noacuteng chảy nhằm thay đổi caacutec tiacutenh chất của PLA cho phugrave hợp với caacutec ứng dụng khaacutec nhau Mục tiecircu chiacutenh của cocircng việc nagravey lagrave tigravem ra ảnh hưởng của hagravem lượng PEG lecircn caacutec tiacutenh chất cơ lyacute của tổ hợp PLA-PEG như độ bền keacuteo ứng suất đagraven hồi vagrave độ datilden dagravei khi đứt

132 Trugraveng hợp mở vograveng của PEG vagrave lactide Những polyme nagravey coacute thể được tổng hợp bằng caacutech trugraveng hợp mở vograveng giữa PEG

hoặc nhoacutem dẫn xuất của noacute như metoxyl polyethylene glycol (m PEG) vagrave lactide (higravenh 119) [15] với xuacutec taacutec lagrave muối thiếc Đặc biệt lagrave caacutec hợp chất chứa thiếc coacute khả năng xuacutec taacutec cao Tuy nhiecircn do độc tiacutenh cao của caacutec kim loại nặng necircn giaacute sư Kricheldorf vagrave cộng sự đatilde sử dụng xuacutec taacutec axit axetic bismuth [15] Chuacuteng ta coacute thể kiểm soaacutet độ dagravei ngắn của copolyme PEG vagrave L-lactide bằng caacutech thay đổi tỷ lệ monome vagrave chất khơi magraveo caacutec copolyme với cấu truacutec phacircn tử khaacutec nhau coacute thể được tổng hợp như dạng A-B copolyme stelate A-B-A triblock copolyme multiblock copolyme vagrave reticular copolyme Tổ hợp theo quy trigravenh sau

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

8

133 Nano clay Khoaacuteng seacutet Bentonit coacute thagravenh phần chiacutenh lagrave Montmorillonit (MMT) với cocircng thức

hoacutea học tổng quaacutet Al2Si4O10(OH)2 Caacutec lớp cấu truacutec của MMT thường tiacutech điện acircm để trung hogravea lớp điện tiacutech nagravey seacutet

MMT tiếp nhận caacutec cation từ ngoagravei vagraveo Chỉ một phần nhỏ caacutec cation nagravey (Na+ K+ Li+) định vị ở mặt ngoagravei của mạng cograven phần lớn nằm ở vugraveng khocircng gian giữa caacutec lớp Trong seacutet MMT caacutec cation nagravey coacute thể bị thay thế bởi caacutec cation ngoagravei dung dịch với dung lượng trao đổi ion tugravey thuộc vagraveo mức độ thay thế đồng higravenh trong mạng Đacircy chiacutenh lagrave nguyecircn lyacute cho việc điều chế nano clay hữu cơ Khi caacutec cation nagravey được thay thế bằng caacutec cation amoni kiacutech thước lớn khoảng caacutech khocircng gian cơ sở giữa hai lớp MMT sẽ tăng lecircn từ 96 Ao lecircn đến vagravei chục Ao tugravey thuộc vagraveo kiacutech thước của cation thế Nguyecircn lyacute điều chế nano clay hữu cơ được thể hiện trong higravenh sau[19]

- Clay khocircng phacircn bố đều ở dạng nano vagraveo nền polyme (microcomposite) Trường hợp nagravey xảy ra khi độ tương hợp giữa clay vagrave polyme thấp necircn caacutec mạch polyme khocircng thể xen vagraveo giữa caacutec lớp clay Khi đoacute tiacutenh chất của vật liệu thu được hầu như khocircng tăng hoặc thậm chiacute cograven giảm so với trước khi thecircm clay

- Coacute sự xen kẽ một phần polyme vagraveo giữa caacutec lớp clay Tiacutenh chất của vật liệu được cải thiện nhưng khocircng nhiều Từng lớp aluminum silicate được phacircn bố đều trong polyme nền Khi đoacute caacutec tiacutenh chất cơ lyacute nhiệt của polyme được tăng cường nhiều nhất Tuy nhiecircn rất khoacute để đạt được trạng thaacutei nagravey magrave thường chỉ lagrave sự kết hợp giữa caacutec nanocomposite xen kẽ một phần vagrave phacircn taacuten hoagraven toagraven [6]

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

9

134 Nano bạc Nano bạc lagrave vật liệu coacute diện tiacutech bề mặt riecircng rất lớn coacute những đặc tiacutenh độc đaacuteo

như - Coacute tiacutenh khaacuteng khuẩn chống nấm diệt tảo khử mugravei hocirci tanh - Coacute khả năng tiecircu diệt hơn 650 chủng vi sinh vật gacircy bệnh vagrave khocircng bị caacutec chủng

vi sinh vật thiacutech nghi như nhiều chất saacutet trugraveng khaacutec - Coacute taacutec dụng khaacuteng khuẩn như một chất xuacutec taacutec necircn iacutet bị tiecircu hao trong quaacute trigravenh

sử dụng - Chỉ tiecircu diệt caacutec vi khuẩn coacute hại (gram acircm) khocircng gacircy hại cho cơ thể con người

vagrave động vật với liều lượng tương đối cao - Độ bền hoaacute học cao khocircng bị biến đổi dưới taacutec dụng của aacutenh saacuteng vagrave caacutec taacutec

nhacircn oxi hoaacute khử thocircng thường [1] Nano bạc kim loại thường được điều chế từ muối bạc kim loại bằng phản ứng khử

Taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde như aldehyde focmic (HCHO) vagrave đường glucozo (C6H12O6)

RCHO + 2Ag+ + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4+

RCHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O rarr 2Agdarr + RCOONH4 + 2NH4NO3

Cấu tạo mixen của hạt bạc khi

khocircng coacute chất hoạt động bề mặt Cấu tạo của hạt keo nano bạc khi coacute sự bảo vệ của chất hoạt động bề mặt

Nano bạc được chế tạo dưới dạng caacutec hệ keo nano bằng phương phaacutep sử dụng chất hoạt động bề mặt Trong quaacute trigravenh khử ion Ag+ thagravenh Ag bề mặt hạt keo nano bạc hấp phụ ion Ag+ trong dung dịch vagrave tạo ra lớp ion tạo thế dương trecircn bề mặt[1] Chất hoạt động bề mặt dưới dạng RCOO- (R lagrave gốc hydrocarbon) bị hấp phụ lecircn bề mặt lớp ion tạo thế Nhờ vậy caacutec hạt keo trở necircn bền vững vagrave khocircng bị keo tụ lại với nhau Sự coacute mặt của caacutec chất hoạt động bề mặt cũng giuacutep cho caacutec hạt keo vừa coacute tiacutenh ưa nước vừa coacute tiacutenh ưa dầu Do đoacute caacutec hạt keo nano bạc coacute thể phacircn taacuten tốt vagrave bền vững trong cả mocirci trường phacircn cực vagrave mocirci trường khocircng phacircn cực [1]

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

10

Chương 2 THỰC NGHIỆM 21 Tiacutenh chế axit lactic Tinh chế axit lactic bằng magraveng lọc RO theo quy trigravenh sau

Sau khi thu được axit lactic coacute nồng độ gt50 tiến hagravenh chuyển sang quy trigravenh

ester hoacutea vagrave thủy phacircn quy trigravenh được mocirc tả trong higravenh sau

22 Tổng hợp PLA 221 Tổng hợp lactide a) Tổng hợp oligome PLA gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1 lagrave giai đoạn taacutech nước để lagravem khan axit lactic

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

11

Axit lactic được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml nối với bộ chưng cất Gia nhiệt bigravenh phản ứng vagrave cất loại nước Quaacute trigravenh loại nước được tiến hagravenh trong khoảng thời gian từ 0-3h ở nhiệt độ 100-140oC aacutep suất 10mmHg

Giai đoạn 2 tổng hợp oligome PLA Axit lactic đatilde lagravem khan ở trecircn được sử dụng để tổng hợp oligome Tiếp tục gia

nhiệt phản ứng trong điều kiện aacutep suất thấp Phản ứng xảy ra khocircng cần xuacutec taacutec Nước loại ra trong bigravenh phản ứng cần được loại bỏ Aacutep suất giảm từ từ để khocircng xảy ra hiện tượng socirci quaacute mạnh lagravem chất lỏng phụt sang bigravenh chứa Sản phẩm thu được lagrave chất lỏng coacute độ nhớt cao vagrave được sử dụng cho phản ứng tiếp theo magrave khocircng cần tinh chế thecircm

b) Tổng hợp lactide Oligome PLA được cho vagraveo bigravenh cầu 250 ml coacute khuấy từ sau đoacute cho một lượng

xuacutec taacutec đatilde được tiacutenh trước (15 khối lượng oligome) được thecircm vagraveo bigravenh phản ứng Xuacutec taacutec được sử dụng lagrave ZnO vagrave Sb2O3 Bigravenh phản ứng được nối với cột cất vagrave được gia nhiệt phản ứng xảy ra trong điều kiện aacutep suất giảm Lactide thocirc tạo ra được chưng cất vagrave thu vagraveo bigravenh chứa lactide đặt trong baacutet chứa dầu ở 90oC để ngăn chặn sự đoacuteng rắn của lactide Dung dịch lactide thu được coacute magraveu vagraveng nhẹ

c) Tinh chế lactide Lactide thocirc được trộn vagrave khuấy với một lượng nước tương ứng ở 25oC trong 30

phuacutet Cho acetone vagraveo dung dịch vagrave lagravem lạnh xuống -15oC Hỗn hợp sau đoacute được khuấy tiếp trong 30 phuacutet Sau đoacute quay li tacircm vagrave thu hồi chất rắn sấy chacircn khocircng ở 40oC trong 48 giờ

222 Tổng hợp PLA Cho lactide vagraveo bigravenh cầu 3 cổ Sau đoacute thecircm vagraveo bigravenh cầu dung dịch toluene coacute

chứa chất khơi magraveo Cất loại toluene trong 30 phuacutet Tiếp tục gia nhiệt bigravenh cầu ở caacutec nhiệt độ khaacutec nhau từ 120-150oC lắc nhẹ cho đến khi monome bị noacuteng chảy vagrave chất khơi magraveo được trộn lẫn vagraveo monome

Tiếp tục khuấy vagrave gia nhiệt trong thời gian khaacutec nhau từ 1-10h Sau khi phản ứng kết thuacutec lagravem lạnh xuống nhiệt độ phograveng vagrave cho hogravea tan vagraveo trong chloroform Polyme được taacutech ra khi hogravea tan dung dịch vagraveo methanol (kết tủa trong methanol)

Sơ đồ quy trigravenh tổng hợp PLA từ axit lactic được thể hiện trong higravenh sau

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

12

23 Phương phaacutep tạo tổ hợp composite 231 Tổ hợp PLA-PEG Ở caacutec tỷ lệ 1000 955 9010 8020 5050 được chế tạo bởi maacutey trộn kiacuten Haake

ở caacutec nhiệt độ 170oC 180oC vagrave 190oC Caacutec nhiệt độ nagravey được chọn trecircn cơ sở cacircn đối giữa nhiệt độ noacuteng chảy (~170oC) vagrave nhiệt độ phacircn hủy của PLA (sự phacircn hủy do cắt mạch polyme bởi thủy phacircn xảy ra với tốc độ đaacuteng kể ở nhiệt độ ge 200oC) Tốc độ của trục quay lagrave 60 vogravengphuacutet thời gian trộn 5 phuacutet Caacutec bước tiến hagravenh cụ thể như sau

Cacircn PLLA vagrave PEG theo caacutec tỉ lệ định trước vagraveo cốc thủy tinh (tổng khối lượng mẫu lagrave 50 g) trộn đều rồi đem sấy chacircn khocircng ở 50oC trong 12 h Việc sấy mẫu lagrave rất cần thiết để lagravem giảm thiểu sự phacircn hủy polyme do thủy phacircn trong quaacute trigravenh trộn noacuteng chảy ở nhiệt độ cao

Cho hỗn hợp PLLAPEG vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước trộn trong 5 phuacutet

Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

232 Tổng hợp copolyme PLA-PEG Khối copolyme enantiome PLA-PEG được tổng hợp bằng caacutech mở vograveng trugraveng hợp

L-lactide trong PEG (m PEG 6000) vagrave thiếc octoate

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

13

Mẫu PA1 L-lactide (50 mmol 72 g) PEG (05 mmol 3 gr) được hogravea tan trong 100ml toluene khan Đưa nhiệt độ lecircn đến 80oC vagrave được bảo vệ bằng khiacute nito thigrave hỗn hợp tan hết Tiếp tục thecircm vagraveo 30 mg thiếc octoate vagrave nacircng nhiệt độ phản ứng lecircn đến 120oC trong 8h Cất quay thu hồi toluene sau đoacute kết tủa lại trong methanol thu được kết tủa trắng đục mịn phacircn taacuten trong methanol Sản phẩm được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng thu được bột copolyme trắng

Mẫu PA2 Quy trigravenh tương tự như trecircn như thay đổi tỷ lệ lactide PEG L-lactide (25 mmol 36 gr) PEG 6000 (05 mmol 3 gr) Xuacutec taacutec stannous octoate 30 mg Dung dịch thu được trong suốt Cất quay chacircn khocircng thu được lớp mỏng dạng thạch Kết tủa trong methanol thu được dạng hạt mịn lơ lửng trong methanol Hỗn hợp được lagravem lạnh vagrave lọc chacircn khocircng để thu được copolyme

234 Tổ hợp PLA-nano clay Nano clay hữu cơ được chế tạo theo phương phaacutep trao đổi ion với caacutec cocircng đoạn

như sau Bột clay sau khi được khuếch taacuten trong nước hoặc clay dạng past được đem khuấy

trộn cho đều sau đoacute đem trao đổi ion với alkyl amoni ở 80oC Hỗn hợp sau phản ứng được đem lọc rửa thu được phần cặn Sấy khocirc trong tủ sấy ở 40oC ta thu được nano clay thagravenh phẩm

Tạo magraveng PLA-nano clay

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

14

Nanocomposite PLA-Clay được chế tạo theo phương phaacutep bay hơi dung mocirci theo caacutec bước như trecircn higravenh sau

235 Tổ hợp PLA-nano bạc Nitrat bạc được hogravea tan trong nước cất rồi đem kết tủa bằng dung dịch kali

hyđroxit Hogravea tan kết tủa bằng một lượng vừa đủ dung dịch ammonium hydroxide Cho thecircm vagraveo một lượng xaacutec định chất hoạt động bề mặt vagrave khuấy đều để tạo ra một dung dịch đồng nhất trong suốt vagrave coacute độ nhớt cao Phản ứng khử chế tạo nanocirc bạc được thực hiện bằng caacutech cho vagraveo dung dịch taacutec nhacircn khử lagrave caacutec aldehyde vagrave khuấy đều trong 8 giờ để cho một hệ keo bạc coacute magraveu vagraveng đồng nhất

a) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn noacuteng chảy theo một quy trigravenh chung như sau - Bột PLA vagrave nano bạc sau khi sấy khocirc được phối trộn với caacutec tỷ lệ khaacutec nhau

trước khi đưa vagraveo maacutey trộn kiacuten Haake đatilde được lagravem noacuteng trước ở nhiệt độ 180oC Hỗn hợp được trộn trong 5 phuacutet với tốc độ quay roto 60 vogravengphuacutet

- Lấy mẫu ra vagrave eacutep trecircn maacutey eacutep Toyoseiki ở nhiệt độ 180oC lực eacutep 100 kgcm2 trong thời gian ~ 4 phuacutet

- Thiacute nghiệm được tiến hagravenh trecircn hệ maacutey đo lưu biến trạng thaacutei noacuteng chảy Rheomix 610 của hatildeng Haake (CHLB Đức) cho caacutec polyme nhiệt dẻo vagrave vật liệu polyme tổ hợp buồng trộn kiacuten sử dụng 2 trục caacutenh trộn loại Roller theo tiecircu chuẩn ASTM D 2538

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

15

KOHAgNO3

NH4OH

Axeton

RCOOH

RCHO

AgOHdarr

Ag(NH3)2OH

Keo nanocirc bạc phacircntaacuten trong nước

Ag(NH3)2OH+ RCOO-

Bột nanocirc bạc

Nanocirc bạc phacircn taacutentrong Polyme

b) Chế tạo composite PLAnano bạc bằng phương phaacutep dung dịch Composite PLAnano bạc (nồng độ nano bạc 0 5 10 15 20 25 30 40 ppm)

được điều chế bằng phương phaacutep trộn trong dung dịch theo một quy trigravenh chung như sau

- Bột nano bạc được phacircn taacuten trong dichloromethane (nồng độ 01) PLA được hogravea tan trong dichloromethane - Phối trộn nano bạc vagrave PLA theo caacutec tỉ lệ khaacutec nhau để thu được composite

PLAnano bạc ở caacutec nồng độ từ 0-40 ppm - Hỗn hợp được loại bỏ dung mocirci bằng cất quay chacircn khocircng để thu được bột nano

bạcPLA 24 Caacutec phương phaacutep nghiecircn cứu - Phương phaacutep phổ hấp thụ hồng ngoại - Phương phaacutep phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

16

- Phương phaacutep phacircn tiacutech nhiệt - Phương phaacutep nhiễu xạ tia X (XRD) - Phương phaacutep hiển vi điện tử queacutet (SEM)(TEM) - Phương phaacutep đo bằng maacutey sắc kyacute thấm geo ( GPC) 25 Nghiecircn cứu hoạt tiacutenh khaacuteng khuẩn a) Chủng vi sinh vật gồm Ba chủng vi sinh vật tiến hagravenh thử nghiệm được lấy vagrave

nuocirci cấy từ caacutec chủng chuẩn tại phograveng Vi khuẩn đường ruột - Viện Vệ sinh dịch tễ TW

+ Escherichia coli C126-98 + Staphylococcus aureus ATCC29213 + Pseudomonas aeruginosa ATCC27853 25 Thiết bị dụng cụ vagrave hoacutea chất chủ yếu - Caacutec thiết bị vagrave dụng cụ chiacutenh được sử dụng cho nghiecircn cứu bao gồm maacutey khuấy

từ cốc thuỷ tinh chịu nhiệt phễu thủy tinh giấy lọc pipet giấy chỉ thị pH tủ sấy bigravenh huacutet ẩm cacircn phacircn tiacutech phễu lọc thuỷ tinh xốp maacutey lọc huacutet chacircn khocircng bigravenh thủy tinh

- Hoacutea chất chiacutenh axit lactic lecircn men sinh học xuacutec taacutec thiếc octanate kẽm oxit vagrave caacutec hoacutea chất coacute trong phograveng thiacute nghiệm polyme chức năng vagrave vật liệu nano

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIEcircN CỨU VAgrave THẢO LUẬN 31 Tinh chế axit lactic Độ tinh sạch của axit lactic được đo bằng maacutey sắc kyacute HPLC

31 Nghiecircn cứu tổng hợp PLA 311 Tổng hợp oligome

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

17

Điều kiện Kết quả

Nhiệt độ 130-140oC Thời gian 4h Aacutep suất 10 mmHg

Hiệu suất taacutech nước 992

312 Tổng hợp Lactide Điều kiện tổng hợp lactide

Caacutec thocircng số Đơn vị Giaacute trị

Tổng hợp oligome

Thời gian taacutech nước axit Giờ 3

Nhiệt độ taacutech nước oC 130-140

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian oligome hoacutea Giờ 4-5

Nhiệt độ oligome hoacutea oC 200

Giai đoạn tổng hợp lactide

Hagravem lượng xuacutec taacutec khối lượng 015

Nhiệt độ oC 200-220

Aacutep suất mmHg 10

Thời gian Giờ 3-4h

313 Tổng hợp PLA Điều kiện tốt nhất cho phản ứng tổng hợp PLA

Taacutec nhacircn Yếu tố tốt nhất Hiệu suất ()

Khối lượng phacircn tử (gmol)

Chất khơi magraveo

Thiếc octonate 81 43692

Hagravem lượng 005 801 43200

Chất đồng khơi magraveo

Sn(Oct)2+triphenylphosphine

823 113120

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

18

Số mẫu vagrave KLPT của PLA

Mẫu Mn (times1000) Mw (times1000)

1 3167 5 492

2 3082 799

3 5446 119539

4 5082 11079

5 1748 3234

6 4987 8293

32 Kết quả phacircn tiacutech phổ hồng ngoại IR

(a) (b)

Higravenh 31 - Phổ hồng ngoại của lactide (a) chưa tinh chế (b) đatilde tinh chế Từ higravenh 313 nhận thấy rằng dải phổ từ 3022 đến 3600 cm-1 với chacircn phổ rộng đặc

trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải 2886-2929 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải phổ ở 1754 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong lactide vograveng Dải xuất hiện ở bước soacuteng 126276 cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị bất đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide vagrave dải 109895cm-1 tương ứng với dao động hoacutea trị đối xứng của C-O-C trong vograveng lactide Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong Lactide So saacutenh với phổ hồng ngoại của L-lactide chưa tinh chế nhận thấy nhiều đỉnh của caacutec tạp chất đatilde bị mất sau quaacute trigravenh tinh chế sản phẩm L-lactide coacute độ sạch cao

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

19

Higravenh 32 phổ IR của PLA (a) vagrave phổ GPC (b) xaacutec định phacircn tử lượng của PLA

(a)

(b)

Dải phổ từ 3100 đến 3700 cm-1 với chacircn rộng đặc trưng cho dao động hoaacute trị của liecircn kết O-H Dải phổ ở 1750 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem C=O trong PLLA Dải 2800-3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hoaacute trị của nhoacutem CH3 vagrave CH Dải từ 1000-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của caacutec nhoacutem chức trong PLA Kết quả phacircn tiacutech phổ FTIR của PLA tổng hợp được hoagraven toagraven trugraveng khớp với caacutec kết quả đatilde cocircng bố trước đacircy

33 Phổ NMR Phổ 1H-NMR của lactide

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

20

Phổi 1H (a) vagrave 13C (b)- NMR của PLA

(a) (b)

(a) Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 158 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA cograven độ

dịch chuyển hoaacute học δ~ 518 ppm đặc trưng cho CH trong PLA (b) Từ higravenh trecircn nhận thấy độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 1696 ppm đặc trưng cho

C=O trong PLA cograven độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 69 ppm đặc trưng cho CH trong PLA Độ dịch chuyển hoaacute học δ~ 166 ppm đặc trưng cho CH3 trong PLA

Từ caacutec kết quả phacircn tiacutech phổ cộng hưởng từ hạt nhacircn 1H-NMR vagrave 13C-NMR cho thấy PLA tổng hợp được coacute độ sạch cao

33 Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

21

Từu bảng trecircn nhận thấy tiacutenh chất cơ lyacute của PLA tổng hợp đươc coacute tiacutenh chất tương tự như PLA thương mại coacute mặt trecircn thị trường

34 Caacutec vật liệu tổ hợp 341 Tổ hợp PLA-PEG

(a)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

0 PEG

5 PEG

10 PEG

20 PEG

50 PEG

Thời gian trộn Phuacutet

Mo

men

t x

oắn

N

middotm

(b)

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

Strain in

Stre

ss in

Nm

msup2

Độ biến dạng

Ứn

gsuất Nm

ndash2

E

0 PEG

5 PEG

10 PEG

Higravenh trecircn thể hiện sự biến thiecircn của momen xoắn theo thời gian phối trộn PLA vagrave

PEG Trong quaacute trigravenh trộn sự biến đổi của momen xoắn phản aacutenh sự thay đổi độ

Mẫu Độ bền

keacuteo cực đại (MPa)

Mođun đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt ()

PLA tổng hợp được 4636 153717 342

PLA Nature Works (4060) 44 2500 7

PLA Nature Works (4032) 54 2600 9

PLA của Mitsui Fine chemicals 66 3300 18

PLA của Purac - 1151 145

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

22

nhớt của vật liệu Thocircng thường sự giảm momen xoắn phản aacutenh quaacute trigravenh dẻo hoacutea hay sự giảm phacircn tử khối bởi sự đứt mạch do nhiệt của vật liệu polyme Trong khi đoacute sự tăng momen xoắn phản aacutenh sự tăng độ nhớt do sự khacircu mạch của vật liệu

Tiacutenh chất cơ lyacute của PLA-PEG

Mẫu Hagravem

lượng PEG ()

Độ bền keacuteo cực đại (MPa)

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

Độ datilden dagravei tương đối khi đứt

()

S11 4712 158587 319

S12 4652 154261 345 S1

S13

0

4544 148103 362

S21 4158 140673 390

S22 4700 144606 488 S2

S23

5

4193 136518 536

S31 2946 100826 473

S32 2913 103247 537 S3

S33

10

2805 98980 567

S4 S4 20 Khocircng đo được

S5 S5 50 Khocircng đo được

342 Vật liệu nanocomposite PLA-clay

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

23

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite (1)

Ảnh TEM của PLA-clay nanocomposite(3)

dễ dagraveng nhận thấy khi hagravem lượng clay ở mức 1 khối lượng so với PLA clay được phacircn taacuten tương đối đồng đều trong nền polyme Tuy nhiecircn khi hagravem lượng clay tăng lecircn 3 sự phacircn taacuten của clay trở lecircn khoacute khăn hơn như ta coacute thể thấy sự tồn tại của caacutec vugraveng coacute cấu truacutec lớp tinh thể trật tự của clay (higravenh 334) Điều nagravey lagrave tương đối dễ hiểu vigrave khi hagravem lượng clay cagraveng tăng sẽ khoacute khăn hơn trong việc phacircn taacutech triệt để caacutec lớp cấu truacutec mạng của clay

Tiacutenh chống thấm khiacute oxy Để đo tiacutenh chất cơ lyacute như độ bền keacuteo (δ) ứng suất đagraven hồi (ứng suất Young E) vagrave

độ datilden dagravei tương đối khi đứt (ε) mẫu được cắt thagravenh caacutec miếng higravenh maacutei chegraveo Caacutec pheacutep đo được thực hiện trecircn maacutey đo tiacutenh chất cơ lyacute Zwick Z2 theo tiecircu chuẩn DIN 53503 với tốc độ keacuteo 100 mmphuacutet ở 25oC

Hagravem lượng clay () 0 1 3 5 10

Độ bền keacuteo (MPa) 466 497 524 542 553

Ứng suất đagraven hồi (MPa)

15122 16175 16987 17451 17758

Độ datilden dagravei khi đứt ()

403 545 689 772 882

Khi hagravem lượng clay tăng từ 0 lecircn 10 độ bền keacuteo của vật liệu nanocomposite tăng dần từ 466 MPa lecircn 533 MPa Trong đoacute sự tăng mạnh nhất diễn ra khi thecircm vagraveo 1 clay Khi lượng clay thecircm vagraveo tăng dần sự gia tăng độ bền keacuteo giảm dần Điều nagravey coacute thể lagrave do sự phacircn taacuten keacutem của nanoclay trong nền PLA ở hagravem lượng cao như được thấy trong kết quả phổ nhiễu xạ tia X

343 Vật liệu tổ hợp PLAnano bạc Higravenh thaacutei học được nghiecircn cứu bằng ảnh TEM

Ảnh hiển vi lực nguyecircn tử cho thấy khocircng coacute sự taacutech pha trong hệ nanocomposite

AgPLA Caacutec hạt nano bạc đatilde phacircn taacuten tốt trong nền PLA

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm

24

Khả năng khaacuteng khuẩn vagrave thời gian khaacuteng khuẩn của vật liệu PLAnano clay

Nồng độ bạc (ppm) Ở nồng độ nano bạc trong mẫu lagrave 5 ppm thigrave hiệu suất diệt đối với Saureus

ATCC29213 lagrave 20 cograven đối với P aeruginosa ATCC27853 vagrave EcoliC126-98 thigrave hiệu suất cao hơn lagrave 35 Sau đoacute hiệu suất diệt đối với caacutec chủng tăng nhanh khi nồng độ bạc tăng vagrave tăng chậm dần khi gần đạt đến hiệu suất diệt 100

Thiacute nghiệm được thực hiện dựa trecircn việc đaacutenh giaacute khả năng khaacuteng khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano sau thời gian tiếp xuacutec với mocirci trường ở nhiệt độ 30 degC thời gian 3 thaacuteng Độ bền tiacutenh khaacuteng khuẩn được biểu diến bằng phần trăm khaacuteng khuẩn của vật liệu nagravey ở thời điểm khảo saacutet so với thời gian đầu

Caacutec miếng vật liệu PLA-bạc nano được để ở nhiệt độ phograveng tiếp xuacutec trực tiếp với aacutenh saacuteng sau thời gian 3 thaacuteng Kiểm tra lại tiacutenh khaacuteng khuẩn của chuacuteng đối với caacutec chủng vi sinh vật gacircy bệnh So saacutenh với khả năng khaacuteng khuẩn của caacutec miếng gạch mới phủ nano bạc

Tiến hagravenh khảo saacutet với caacutec nồng độ nano bạc lagrave 15 20 25 ppm