Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên cơ sở pp tio2 ag trường đại học khoa học tự nhiên

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM BÁO CÁO NGHIỆM THU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ PP/TiO2/Ag Mã số đề tài: 22/2015/HĐ-SKHCN Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/ 2016 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trong môi trƣờng sống tồn nhiều loại vi sinh vật mang nhiều mầm bệnh khác đặc biệt bệnh viện, nơi cơng cộng, phịng máy lạnh v.v Vì vậy, hàng năm nhiều ngƣời bị nhiễm khuẩn, virus từ môi trƣờng sống Những virus, nấm, men, protein, phân tử hữu đƣợc hình thành tăng sinh bề mặt vật rắn tạo thành màng sinh học Màng sinh học có chức nuôi dƣỡng bảo vệ vi khuẩn hay nấm mốc [1,2,3,4] Cơ chế tác dụng màng sinh học đƣợc nhiều cơng trình nghiên cứu [5,6] Để loại bỏ màng sinh học vật liệu, phƣơng pháp thƣờng dùng tẩy rửa vật lý, nhƣng khơng có hiệu tốt sau tẩy rửa vài giờ, chất bẩn lại bám vật liệu Nhằm khắc phục điều này, cần bề mặt vật liệu có chức tự khử/kháng khuẩn làm để tránh vi khuẩn lây lan Bạc hợp chất bạc thể tính độc vi khuẩn, virus, tảo nấm Titanium dioxide (TiO2) với độ rộng vùng cấm 3,2 eVđƣợc biết đến nhƣ chất có đặc tính xúc tác quang hóa mạnh So với vật liệu TiO2 dạng hạt vật liệu nano TiO2 có cấu trúc chiều có tính chất vƣợt trội nhƣ độ linh động điện tử cao tiết diện bề mặt riêng lớn Hơn nữa, đâylà vật liệu không độc hại đãđƣợc sử dụng phƣơng pháp xử lý môi trƣờng nhƣ lọc nƣớc, khơng khí khử trùng Việc đƣa nano bạc vào TiO2 cải thiện hiệu ứng quang xúc tác TiO2 vùng khả kiến mà giữ đƣợc khả khử khuẩn nano bạc sử dụng lƣợng nhỏ Nhƣ vậy, việc kết hợp chức khử khuẩn quang xúc tác vật liệu hỗn hợp nano Ag chất TiO2 dạng ống nhằm ứng dụng vật liệu khử khuẩn tự làm vấn đề có ý nghĩa thực tiễn khoa học cao Đặc biệt, pha tạp lƣợng nano Ag thích hợp vào TiO2 vật liệu tự làm vùng ánh sáng khả kiến, khắc phục hậu nano Ag thất mơi trƣờng bên ngồi dễ gắn kết với vật liệu phựa PP để chế tạo vật liệu nhựa có tính khử khuẩn SUMMARY OF RESEARCH CONTENT In the current environment, it exists many microorganisms that carry many different pathogens especially in hospitals, public places, rooms with air-conditioners etc So, every year many people are infected by virus from the environment The viruses, fungi, yeast, proteins, organic molecules form and proliferate on solid surfaces forming biofilms This biofilm also has function to nurture and protect the bacteria [1,2,3,4] Mechanism action of biological membranes have been studied by many authors [5,6] In order to remove the biofilm on the material, the used common method is the physical cleaning However, this way has no good effect because after cleaning a few hours, the dirt back over the material surfaces To overcome this problem, the material surfaces should have self-removal/antimicrobial and clean function to prevent the spread of bacteria Silver and silver compounds show toxicity to bacteria, viruses, algae and fungi Titanium dioxide (TiO2) with a larger band gap (3.2 eV), known as a strong photocatalyst is a non-toxic materials and has been applied in water, air purification and disinfection The incorporation of silver nanoparticles in titanium dioxide not only improves photocatalytic efficiency of TiO2 in the visible range, but also preserves the ability of nano-silver disinfection even a small amount Thus, this anti-bacterial nanocomposite plays an important role in our life Anappropriate Ag-dopingconcentrationin TiO2 material will deplace the absorption band of TiO2 into the visible light region Moreover, silver realease into environnement can be controlled once this nanocompositedispersed in polypropylene MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - DANH MỤC BẢNG - DANH MỤC HÌNH - QUYẾT TỐN KINH PHÍ PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite sở PP/TiO2/Ag Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê Văn Hiếu Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM Thời gian thực đề tài: 18 tháng (6/2015 đến 11/2016) Kinh phí đƣợc duyệt: 400 triệu đồng Kinh phí cấp giai đoạn1:200 triệu theo TB số:23TB-SKHCN ngày 21/04/2015 Kinh phí cấp giai đoạn 2: 160 triệu theo TB số: 72TB-SKHCN ngày 11/5/2016 Mục tiêu: Nội dung: 3.1 Những nội dung thực giai đoạn 3.2 Những nội dung thực giai đoạn 3.3 Sản phẩm giai đoạn 1: 3.4 Sản phẩm giai đoạn 2: CHƢƠNG I:TỔNG QUAN CHƢƠNG II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10 2.1 Nội dung 1: 10 2.1.1 Mô tả: 10 2.1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 10 Chế tạo NTs TiO2/Ag phƣơng pháp thủy nhiệt 10 2.1.3 Các tiêu theo dõi:Sự hình thành hạt nano bạc vật liệu NTs TiO2 12 2.1.4 Sản phẩm cần đạt: Đƣa qui trình tổng hợp NTs TiO2/Ag, với hạt nano Ag phân tán tốt TiO2 12 2.2.Nội dung 12 2.2.1 Mô tả: 13 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 13 Qui trình chế tạo composite PP/TiO2/Ag 13 2.2.3 Các tiêu theo dõi: Tính chất lý nhựa PP có chất độn NTs TiO2/Ag 14 2.2.4 Sản phẩm cần đạt: Qui trình gia cơng trộn nóng chảy nhựa PP với TiO2/Ag máy trộn kín 14 2.3 Nội dung 3: Khảo sát khả khử khuẩn vật liệu composite tạo thành 14 2.3.1 Mô tả 15 2.3.2.Phƣơng pháp nghiên cứu 15 2.3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng chất độn lên hiệu suất kháng/khử khuẩn 15 Hóa chất 15 Quy trình thực 16 2.3.2.2.Khảo sát trình thất thoát hạt nano bạc 17 2.3.3 Các tiêu theo dõi:Ảnh hƣởng cuả hàm lƣợng chất độn lên hiệu suất kháng/khử khuẩn composite PP/NTs TiO2/Ag hàm lƣợng bạc giải phóng mơi trƣờng bên ngồi 19 2.3.4 Sản phẩm cần đạt:Vật liệu composite có hiệu suất kháng/khử khuẩn 99.9% hàm lƣợng bạc giải phóng mơi trƣờng nằm ngƣỡng cho phép 19 2.4.Nội dung 4: Sản xuất thử nghiệm màng bao bì composite 19 2.4.1 Mô tả 19 2.4.2.Phƣơng pháp nghiên cứu 19 2.4.3 Các tiêu theo dõi: Tính chất lý khả khử khuẩn màng 21 2.4.4 Sản phẩm cần đạt: Màng sản xuất đƣợc có tính chất lý khả khử khuẩn cao 21 III.Kết thảo luận 21 3.1 Nội dung 1: Khảo sát cấu trúc ống nano NTs TiO2/Ag 21 3.1.1 Ảnh SEM ảnh TEM 21 3.1.2 Ảnh hƣởng thông số chế tạo lên cấu trúc NTs TiO2/Ag 22 3.1.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ dung dịch AgNO3 23 3.1.2.2 Ảnh hƣởng thời gian khử 27 3.2 Nội dung 2: 33 Khảo sát cấu trúc, tính chất nhiệt tính chất lý PP/NTs TiO2/Ag 33 3.2.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 33 3.2.2 Phổ tán xạ Raman 34 3.2.3 Tính chất nhiệt polymer nanocomposite 38 3.2.4 Tính chất lý polymer nanocomposite 41 3.3 Nội dung 3: Khảo sát tính chất khử khuẩn vật liệu PP/NTs TiO2/Ag hàm lƣợng bạc giải phóng mơi trƣờng 43 3.3.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng chất độn lên hiệu suất khử khuẩn 43 3.3.2 KHẢO SÁT HÀM LƢỢNG BẠC GIẢI PHÓNG RA MÔI TRƢỜNG CỦA NANOCOMPOSITE PP/NTs TiO2/Ag 43 3.4 Nội dung 4: Tạo màng nanocomposite PP/NTs TiO2/Ag khảo sát tính chất lý, khả khử khuẩn màng 45 3.4.1 Tính chất lý cuả màng 45 3.4.2 Việc khảo sát khả kháng/khử khuẩn màng PP/NTs TiO2/Ag cho thấy, màng có khả kháng/khử khuẩn E Coli đến 99.99% vòng 24 tiếp xúc 47 3.5 Đánh giá sơ hiệu kinh tế 47 IV Kết luận đề nghị: 48 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT NTs Ống nano DSC Nhiệt quét vi sai UVC Đèn tử ngoại UVC bƣớc sóng 254 nm PP Polypropylene XRD Nhiễu xạ tia X PTFE Polytetrafluoroethylene TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua SEM Kính hiển vi điện tử quyét EDX Phổ tán xạ lƣợng tia X EMB Môi trƣờng trải khuẩn Eosin Methylene Blue SCLP Broth Soya Casein Digest Lecithin Polysorbate Broth I DANH MỤC BẢNG SỐ TÊN BẢNG SỐ LIỆU 3.1 Thành phần phần trăm nguyên tử theo nồng độ dung dịch 25 TRANG AgNO3 3.2 Thành phần phần trăm nguyên tử mẫu với thời 30 gian khử khác (đơn vị %) 3.3 Các đỉnh đặc trƣng cho dao động C-H PP 3.4 Kết đánh giá hiệu suất kháng/khử khuẩn đƣợc thực 43 36 Viện Pasteur 3.5 Hàm lƣợng bạc giải phóng mẫu polymer 43 nanocomposite 3.6 Giá trị ứng suất điểm đứt biến dạng điểm đứt II 46 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Qui trình tổng hợp NTs TiO2 11 Hình 2.2: Qui trình tổng hợp NTs TiO2/Ag 12 Hình 2.3: Qui trình gia cơng tạo composite PP/NTs TiO2/Ag 14 Hình 2.4: Mẫu composite PP/NTs TiO2/Ag thành phẩm 14 Hình 2.5: Sơ đồ bước tiến hành khảo sát khử khuẩn 17 Hình 2.6: Máy ICP-MS NexION 300X 18 Hình 2.7: Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu màng bao bì sở PP/TiO2-nanoAg 20 Hình 3.1:Ảnh SEM mẫu TiO2 thương mại (a), ảnh TEM mẫu NTs TiO2 (b,c) 21 Hình 3.2:Giản đồ XRD (a) TiO2 thương mại, (b) NTs TiO2 22 Hình 3.3:Ảnh chụp mẫu bột TiO2 thương mại (a), NTs TiO2 (b), NTs TiO2/Ag (c) 22 Hình 3.4:Ảnh TEM bột NTs TiO2/Ag với nồng độ dung dịch AgNO3 khác (a,b) 0,01M; (c,d) 0,02M; (e,f) 0,04M 24 Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu với nồng độ dung dịch AgNO3 0,01M; 0,02M 0,04M 26 Hình 3.6: Giản đồ XRD NTs TiO2/Ag 0,04M xử lý cách phóng to 27 Hình 3.7:Ảnh TEM mẫu NTs TiO2/Ag chế tạo thời gian khử khác (a,b) 6giờ; (c,d) 12giờ; (e,f) 24giờ; (j,k) 36giờ 29 Hình 3.8: Giản đồ XRD mẫu NTs TiO2/Ag, NTs TiO2/Ag nung 300oC, 400oC, 500oC 31 Hình 3.9:Ảnh TEM NTs TiO2/Ag nung (a,b) 400oC; (c,d) 500oC 32 Hình 3.10:Giản đồ XRD mẫu polymer nanocomposite PP/NTs TiO2/Ag 0,01M (1%wt), PP/ NTs TiO2/Ag 0,04M (1%wt) PP/ NTs TiO2/Ag 0,04M (3%wt) 33 Hình 3.11:Phổ tán xạ Raman mẫu PP nguyên chất mẫu polymer nanocomposite PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt), PP/NTs TiO2/Ag0,04M (3%wt) 36 Hình 3.12 Giản đồ DSC PP 38 Hình 3.13 Giản đồ DSC PP/TiO2/Ag (1% wt chất độn) 39 Hình 3.14 Giản đồ DSC PP/TiO2/ Ag (3% wt chất độn) 39 Hình 3.15:Độ bền uốn mẫu PP, PP/NTs TiO2, PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt), PP/NTs TiO2/Ag0,04M (3%wt) 41 Hình 3.15:Độ biến dạng mẫu PP, PP/NTs TiO2, PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt) PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt) 42 Hình 3.16: Biểu đồ thể hàm lượng bạc giải phóng mẫu khảo sát môi trường ethanol acid acetic 44 Hình 3.17:Đồ thị khảo sát tính chất lý màng 46 III QUYẾT TỐN KINH PHÍ Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite sở PP/TiO2/Ag Chủ nhiệm: Lê Văn Hiếu Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Tp HCM Thời gian đăng ký hợp đồng: 18 tháng (06/2015-11/2016) Tổng kinh phí đƣợc duyệt: 400 triệu đồng Kinh phí cấp giai đoạn 1: 200 triệu đồng (Theo thơng báo số: 23/TB-KHCN ngày 21/04/2015) Kinh phí cấp giai đoạn 2: 160 triệu đồng (Theo thông báo số: 72/TB-KHCN ngày 11/05/2016) QUYẾT TOÁN GIAI ĐOẠN 1: TT Nội dung Kinh phí Trong Ngân sách Nguồn khác I Kinh phí đƣợc cấp năm 200.000.000 II Kinh phí tốn năm 200.000.000 200.000.000 Cơng chất xám Cơng th khốn 90.000.000 90.000.000 Ngun, nhiên, vật liệu, dụng cụ, 84.500.000 84.500.000 phụ tùng, văn phòng phẩm Thiết bị Xét duyệt, giám định, nghiệm thu Hội nghị, hội thảo Đánh máy tài liệu Giao thơng liên lạc Chi phí điều hành III Tiết kiệm 5% 4.800.000 4.800.000 1.200.000 1.200.000 19.500.000 19.500.000 IV IV Kinh phí chuyển sang năm sau QUYẾT TỐN GIAI ĐOẠN 2: TT Nội dung Kinh phí Trong Ngân sách Nguồn khác I Kinh phí đƣợc cấp năm 160.000.000 II Kinh phí tốn năm 160.000.000 160.000.000 Cơng chất xám Cơng th khốn 87.000.000 87.000.000 Nguyên, nhiên, vật liệu, dụng cụ, 58.500.000 58.500.000 phụ tùng, văn phòng phẩm Thiết bị Xét duyệt, giám định, nghiệm thu Hội nghị, hội thảo Đánh máy tài liệu Giao thông liên lạc Chi phí điều hành III Tiết kiệm 5% IV Kinh phí chuyển sang năm sau 5.800.000 5.800.000 1.200.000 1.200.000 7.500.000 7.500.000 IV -CH3 Dao động biến dạng -C-C- Dao động hóa trị -CH2- Dao động biến dạng -CH3 Dao động biến dạng -CH- Dao động biến dạng -C-C- Dao động hóa trị 972 997 1035 1150 Dao động hóa trị 1165 Dao động hóa trị 1329 Dao động hóa trị 1360 Dao động hóa trị 1434 Dao động hóa trị 1217 -CH2- Dao động biến dạng -CH- Dao động biến dạng -C-C- Dao động hóa trị Dao động hóa trị 2884 -CH3 2953 2723 -CH- Dao động hóa trị Dao động hóa trị 2905 Dao động hóa trị 1458 Dao động biến dạng 2840 Dao động hóa trị -CH2- 2869 Dao động hóa trị 2924 Dao động hóa trị 37 Khi đƣa chất độn NTs TiO2/Ag vào nhựa PP, chúng tơi nhận thấy khơng có thay đổi số lƣợng nhƣ vị trí số sóng đỉnh đặc trƣng cho dao động liên kết C-C C-H nhựa PP Ngồi ra, phổ mẫu có chất độn cịn có xuất đỉnh phổ vị trí số sóng 145cm-1 639cm-1 đặc trƣng cho dao động liên kết O-Ti-O TiO2 pha anatase Hơn nữa, tăng hàm lƣợng chất độn khơng có thay đổi đáng kể vị trí đỉnh phổ Kết hồn tồn phù hợp với liệu XRD 3.2.3 Tính chất nhiệt polymer nanocomposite Nhằm khảo sát đặc tính nhiệt vật liệu có diện vật liệu NTs TiO2/Ag, q trình phân tích nhiệt vi sai (DSC) đƣợc tiến hành mẫu PP với hàm lƣợng chất độn đƣợc thay đổi từ 1% wt đến 3% wt Hình 3.12 Giản đồ DSC PP 38 Hình 3.13 Giản đồ DSC PP/TiO2/Ag (1% wt chất độn) Hình 3.14 Giản đồ DSC PP/TiO2/ Ag (3% wt chất độn) Bảng Bảng giá trị nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg), nhiệt độ nóng chảy (Tm) nhiệt độ kết tinh (Tc) PP, vật liệu PP/NTs TiO2/ Ag 1% wt 3%wt Mẫu khảo sát Tg (0C) Tc(0C) Tmonset (0C) PP nguyên chất -68,72 111,88 164,96 39 PP/TiO2/Ag 1% wt -68,64 114,55 163,24 3% wt -68,40 111,71 164,26 Q trình phân tích DSC mẫu vật liệu đƣợc thực thành hai vòng lặp quét với tốc độ quét 10°C/phút Vòng quét đƣợc thực nhằm loại bỏ giá trị lịch sử nhiệt PP (thermal history) với nhiệt độ quét đƣợc trải dài từ nhiệt độ phịng 30°C đến 200°C, sau mẫu đƣợc quét nguội đến -80°C cho gia tăng nhiệt trở lại đến giá trị nhiệt độ nóng chảy vật liệu (200°C) Quá trình quét nhiệt cho thấy, mẫu PP nguyên chất có nhiệt độ nóng chảy bắt đầu (Tm onset) 164,96°C nhiệt độ tái kết tinh 111,88°C Thông thƣờng, với phân bố đồng cấu trúc nano chất độn NTs TiO2/Ag polyme (PP) dẫn đến trƣờng hợp có tƣơng tác tốt hai pha làm giảm độ linh động mạch PP Nhƣ vật liệu cần lƣợng hấp thụ nhiệt lớn để mạch polime chuyển trạng thái làm cải thiện giá trị nhiệt độ nóng chảy nhƣ nhiệt độ thủy tinh hóa Tuy nhiên, có trƣờng hợp pha cấu trúc nano mạch polime trơ, khơng có tƣơng tác mạnh với nhau, xảy trƣờng hợp mẫu compozit hầu nhƣ khơng có thay đổi đáng kể giá trị nhiệt nhƣ khảo sát Kết số liệu hình 3.12, hình 3.13, hình 3.14 bảng 3.4 cho thấy diện chất độn NTs TiO2/Ag mẫu, với hàm lƣợng từ 1% wt đến 3% wt hầu nhƣ khơng gây ảnh hƣởng đến đặc tính nhiệt vật liệu cho thấy khơng có tƣơng tác TiO2/Ag với polime Điều thể qua không thay đổi rõ rệt giá trị Tg Tm (Bảng 3.4) Ngoài ra, kết cho thấy, giá trị nhiệt độ kết tinh (Tc ~1120C) vật liệu hầu nhƣ không thay đổi nhiều nhƣng khả kết tinh lại mẫu có chất độn NTs TiO2/Ag đƣợc cải thiện rõ rệt, trƣờng hợp 3% wt chất độn (hình 3.21) Khi đó, giá trị nhiệt lƣợng tỏa tăng từ 517,64 mJ đến 575,91 mJ Điều cho thấy vật liệu NTs TiO2/Ag đóng vai trị nhƣ chất tạo mầm tinh thể giúp cho trình kết tinh lại mạch PP diễn cách dễ dàng 40 3.2.4 Tính chất lý polymer nanocomposite Nhằm khảo sát tính chất lý mẫu nhựa PP trƣớc sau phối trộn chất độn, tiến hành đo độ bền uốn mẫu PP, PP/NTs TiO2, PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt) PP/NTs TiO2/Ag0,04M (3%wt) Các mẫu đƣợc ép định hình khn có độ dày 3mm thực đo uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 với tốc độ uốn 5mm/phút PP/NTs TiO2 PP/NTs TiO2/Ag Hình 3.15:Độ bền uốn mẫu PP, PP/NTs TiO2, PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt), PP/NTs TiO2/Ag0,04M (3%wt) Từ hình 3.15 chúng tơi nhận thấy có thành phần chất độn NTs TiO2và NTs TiO2/Ag pha vào độ bền uốn tăng lên so với nhựa PP nguyên chất tăng dần theo hàm lƣợng chất độn NTs TiO2/Agpha vào nhựa Cụ thể PP/NTs TiO2 có ứng suất uốn 41,6409 N/mm2 cao so với PP nguyên chất 36.2847 N/mm2 Khi pha tạp thêm Ag vào chất độn đƣa vào nhựa PP với hàm lƣợng 1%wt ứng suất uốn mẫu tăng lên 43,2095 N/mm2 Và ứng suất uốn đo đƣợc cao mẫu PP/NTs 41 TiO2/Ag 0,04M với hàm lƣợng NTs TiO2/Ag nhựa PP 3%wt Nguyên nhân gia tăng phân bố chất độn mơi trƣờng vật liệu nền, có tác động ngoại lực vật liệu truyền ứng suất sang chất độn chất độn đóng vai trị chịu ứng suất tập trung Đồng thời, thành phần chất độn NTs TiO2 NTs TiO2/Ag có tính cao vật liệu nên pha tạp vào nhựa nền, thành phần len lỏi vào chỗ trống mạng polymer làm cải thiện đƣợc tính vật liệu cụ thể độ bền uốn vật liệu PP/NTs TiO2/Ag PP/NTs TiO2 Hình 3.16:Độ biến dạng mẫu PP, PP/NTs TiO2, PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt) PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt) Hình 3.16 cho kết độ biến dạng mẫu PP, PP/NTs TiO2, PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt) PP/NTs TiO2/Ag0,04M (3%wt) Theo biểu đồ hình ta dễ dàng nhìn thấy độ biến dạng tăng với gia tăng hàm lƣợng chất độn NTs TiO2/Ag vật liệu Khi phối trộn nhựa PP với chất độn NTs TiO2 NTs 42 TiO2/Ag0,04M với tỷ lệ 1%wt độ biến dạng xem nhƣ không thay đổi hàm lƣợng chất đơn pha tạp vào q Khi phối trộn nhựa PP chất độn NTs TiO2/Ag0,04M theo tỉ lệ 3%wt độ biến dạng tăng rõ rệt cao lên đến 8,0963% 3.3 Nội dung 3: Khảo sát tính chất khử khuẩn vật liệu PP/NTs TiO2/Ag hàm lƣợng bạc giải phóng mơi trƣờng 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất độn lên hiệu suất khử khuẩn Kết kiểm tra kháng/khử khuẩntheo tiêu chuẩn JIS Z 2801 – 2012 đồng thời mẫu PP/NTs TiO2, PP/NTs TiO2s/Ag0,01M (1%wt), PP/NTs TiO2/Ag0,04M (1%wt) đƣợc thể Bảng 3.5 Bảng 3.5: Kết đánh giá hiệu suất kháng/khử khuẩn thực Viện Pasteur Mẫu Hàm lƣợng bạc Hàm lƣợng chất độn Hiệu suất kháng/khử (TiO2/Ag) khuẩn PP/NTs TiO2 1% wt 57,19% PP/ NTs TiO2/Ag - 1%wt 79,83% PP/NTs TiO2/Ag 930 ppm 1%wt 71,25% PP/NTs TiO2/Ag 1800 ppm 3%wt 99,99% Dữ liệu cho thấy tăng hàm lƣợng chất độn TiO2/Ag (0,04M) mẫu lên 3%wt hiệu suất kháng/khử khuẩn E.Coli PP/NTs TiO2/Ag 99,99% sau thời gian tiếp xúc 24 3.3.2 KHẢO SÁT HÀM LƢỢNG BẠC GIẢI PHĨNG RA MƠI TRƢỜNG CỦA NANOCOMPOSITE PP/NTs TiO2/Ag Kết khảo sát hàm lƣợng bạc giải phóng mẫu đƣợc thể Bảng 3.6 43 Bảng 3.6:Hàm lượng bạc giải phóng mẫu polymer nanocomposite Khối STT Thành phần Môi trƣờng Lƣợng bạc giải lƣợng mẫu xử lý phóng (µg/L) PP 6,428 Ethanol 0,020 ± 0,003 PP 6,72 Acid Acetic 0,020 ± 0,003 PP/NTs TiO2 7,45 Ethanol 0,040 ± 0.005 PP/NTs TiO2 7,14 Acid Acetic 0,090 ± 0.007 PP/NTs TiO2/Ag(0,01M) 1% wt 6,192 Ethanol 0,060 ± 0.004 PP/NTs TiO2/Ag(0,01M) 1% wt 6,147 Acid Acetic 0,090 ± 0.006 PP/NTs TiO2/Ag (0,04M) 1% wt 6,672 Ethanol 0,41 ± 0,02 PP/NTs TiO2/Ag (0,04M) 1% wt 7,261 Acid Acetic 0,37 ± 0,02 PP/NTs TiO2/Ag (0,04M) 3% wt 7,541 Ethanol 0,570 ± 0,018 10 PP/NTs TiO2/Ag (0,04M) 3% wt 7,261 Acid Acetic 0,480 ± 0,015 Hàm lượng bạc giải phóng (ug/L) 0.6 Ethanol Axit acetic 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 PP PP/TiO2 0.01M 1%wt 0.04M 1%wt 0.04M 3% wt Hình 3.17: Biểu đồ thể hàm lượng bạc giải phóng mẫu khảo sát môi trường ethanol acid acetic Từ kết phân tích cho thấy đƣợc hàm lƣợng bạc giải phóng ngồi mơi trƣờng có nhƣng thấp lƣợng bạc đƣợc pha tạp vào vật liệu vô bé, chứng tỏ 44 polymer nanocomposite chế tạo đƣợc có diện nguyên tố Ag Tuy nhiên, mẫu PP PP/NTs TiO2 có xuất Ag với hàm lƣợng thấp, điều đƣợc giải thích sử dụng chung máy trộn cho tất mẫu trình trộn ép nên có lẫn tạp bạc Hàm lƣợng bạc giải phóng cao mẫu PP/NTs TiO2/Ag 0,04M (3%wt) đƣợc xử lý mơi trƣờng ethanol có giả trị 0,57µg/L tƣơng đƣơng với 5,7.10-4ppm Theo WHO giá trị hàm lƣợng bạc cho phép nƣớc uống 100 µg/L (0,1 mg/L)[15], hàm lƣợng bạc giải phóng cao nghiên cứu nhỏ nhiều so với giá trị hàm lƣợng bạc cho phép Điều mở ứng dụng triển vọng cho đối tƣợng vật liệu 3.4 Nội dung 4: Tạo màng nanocomposite PP/NTs TiO2/Ag khảo sát tính chất lý, khả khử khuẩn màng 3.4.1 Tính chất lý cuả màng Độ bền kéo độ dãn dài màng PP/NTs TiO2/Ag đƣợc kiểm tra thiết bị Shimazu (Nhật), theo tiêu chuẩn ASTM D882, với khoảng cách ngàm kẹp thiết bị đo (gauge length) 50 mm, độ dày mẫu từ 25-40 µm, chiều rộng mẫu 14 mm tốc độ kéo màng 50 mm/phút Các mẫu đƣợc bảo quản bình hút ẩm chứa silica gel 24 đƣợc tiến hành đo nhiệt độ phòng Độ bền kéo (ứng suất) độ dãn dài (biến dạng điểm đứt) màng giá trị đƣợc tính trung bình từ mẫu đo 45 Biến dạng điểm đứt (%) Modulus (MPa) Ứng suất điểm đứt (MPa) PP PP/NTs TiO2/Ag 3% wt Hình 3.18:Đồ thị khảo sát tính chất lý màng Bảng 3.7:Giá trị ứng suất điểm đứt biến dạng điểm đứt Ứng suất điểm Biến dạng điểm Mẫu Modul (MPa) đứt (MPa) đứt (%) PP 21,1243 ± 1,13735 896,938 ± 25,9135 147,941 ± 25,9135 PP/NTs TiO2/Ag 16,4976 ± 0,40191 867,590 ± 0,40191 105,938 ± 17,5953 Từ kết phân tích tính chất lý mẫu PP mẫu PP sau tiến hành độn phụ gia NTs TiO2/Ag 3%wt (hình 3.18 bảng 3.7) cho thấy, mẫu PP/NTs TiO2/Ag có độ biến dạng điểm đứt giảm khơng đáng kể so với mẫu PP Điều cho thấy, có mặt NTs TiO2/Ag với hàm lƣợng 3%wt làm tính liên tục cấu trúc PP dẫn đến cản trở trình chuyển động mạch PP theo phƣơng lực kéo 46 Mặt khác, mẫu có chất độn NTs TiO2/Ag, chuỗi mạch PP dƣới tác dụng lực kéo, hình thành vết rạn liên diện hạt NTs TiO2/Ag mạch PP dẫn đến làm giảm khả biến dạng mẫu Kết khảo sát ứng suất điểm đứt (ứng suất cực đại mẫu chịu đƣợc trƣớc bị phá hủy) (Bảng 3.6) cho thấy, mẫu PP/NTs TiO2/Ag 3%wt có ứng suất điểm đứt thấp so với mẫu PP q trình phối trộn làm tính liên tục pha PP Nhƣ vậy, tính liên tục dễ dàng tái kết tinh mạch PP nguyên nhân làm cho ứng suất điểm đứt (độ bền kéo) có giá trị lớn so với mẫu PP/NTs TiO2/Ag Giá trị modul, tỷ số ứng suất độ biến dạng vùng tuyến tính (