Luận văn thạc sĩ Công nghệ vật liệu: Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp PP

Để cải thiện các đặc tính cơ học của polypropylen như bền va đập, độ cứng cao, v.v… các nghiên cứu rộng rãi về việc cải thiện các đặc tính cơ học bằng cách sử dụng chất độn dạng hạt vào

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG TÚ SUYỀN

DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU PP HỖN HỢP KHÁNG KHUẨN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION BẠC VÀO

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS La Thị Thái Hà

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Ngày 29 tháng 01 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 GS.TS Nguyễn Hữu Niếu – Chủ Tịch

2 PGS.TS Nguyễn Đắc Thành – Phản Biện 1

3 TS La Thị Thái Hà – Phản Biện 2

4 TS Nguyễn Thị Lệ Thanh – Thư Ký

5 PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến - Ủy Viên

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đặng Tú Suyền MSHV: 10030679 Ngày, tháng, năm sinh: 13/01/1983 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Cao phân tử & Tổ hợp Mã số: 605294

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp PP/Ag+/Zeolite dùng để sản xuất vật liệu PP hỗn hợp kháng khuẩn bằng phương pháp trao đổi ion bạc vào cấu trúc zeolite

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Chế tạo Ag+/Zeolite bằng phương pháp trao đổi ion với các hàm lượng ion bạc tương ứng 10.000ppm (Zeov10) và 20.000ppm (Zeov20)

- Chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite với hàm lượng Ag+/Zeolite là 10% đối với Zeov10 và Zeov20

- Chế tạo sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 với hàm lượng Zeov10 là 0,5%, 1% và 2%

- Đánh giá tính chất cơ lý và hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/7/2012

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến

Tp HCM, ngày 18 tháng 02 năm 2013

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Cảm ơn các đồng nghiệp và công ty SABIC luôn tạo điều kiện và hỗ trợ cho tôi hoàn thành khóa học này Bên cạnh đó tôi cũng xin cảm ơn tất cả các bạn của lớp Cao học khóa 2010 luôn bên cạnh tôi những lúc khó khăn

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn đến những người thân yêu trong gia đình, đặc biệt vợ và con trai bé nhỏ (Suel) đã tiếp thêm cho ba sức mạnh, ý chí để hoàn thành tốt luận văn này Đây cũng là món quà mà ba muốn dành tặng cho con trai bé nhỏ của ba

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong nghiên cứu này, Zeolite A được gắn ion Ag+ bằng phương pháp trao đổi ion với các hàm lượng ion Ag+ là 10.000ppm (Zeov10) và 20.000ppm (Zeov20) để chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite với hàm lượng Ag+/Zeolite là 10% đối với Zeov10 và Zeov20 bằng phương pháp trộn nóng chảy trên máy Brabender Từ mẻ chủ chế tạo ba loại sản phẩm nhựa kháng khuẩn PP/Zeov10 với hàm lượng Zeov10 tương ứng là 0,5%, 1% và 2% và phân tích các đặc tính cơ lý, đặc tính nhiệt và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn Lực kéo đứt tăng theo hàm lượng Zeov10 thêm vào tương ứng với 0%, 0,5%, 1% và 2% là 24,48MPa đến 27,06MPa, cho thấy Zeov10 phân tán tốt trong PP nền Kết quả phân tích nhiệt DSC và TGA cho thấy Zeov10 làm tăng sự kết tinh vật liệu nhựa kháng khuẩn PP/Zeov10 và Zeov10 đóng vai trò như tác nhân tạo mầm tinh thể trong sự kết tinh của PP Hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm nhựa kháng khuẩn PP/Zeov10 với hàm lượng Zeov10 là 1% (82ppm Ag+) được kiểm tra đối với vi khuẩn Escherichia coli (E coli) bằng phương pháp tiếp xúc Kết quả cho thấy khả năng kháng khuẩn của PP/Zeov10 đạt 91%

In this study, Zeolite A was loaded with ion Ag+ by ion exchange with ion Ag+concentrations of 10.000ppm (Zeov10) and 20.000ppm (Zeov20) PP/Ag+/Zeolite masterbatch with Ag+/Zeolite concentration is 10% from Zeov10 and Zeov20 were produced by melt mixing on Brabender Subsequently, three kind of antimicrobial PP/Zeov10 plastic samples were prepared with Zeov10 concentrations are 0,5%, 1% and 2% and characterized by mechanical, thermal and antibacterial activity analyses The effects of Zeov10 concentration loading on antimicrobial PP/Zeov10 plastic samples were investigated The mechanical characterization studies showed that tensile strength of antimicrobial PP/Zeov10 plastic samples were increased with Zeov10 concentrations up to 2% This result showed the good dispersion of Zeov10 in PP matrix.The thermal characterization studies showed that crystallinity of the antimicrobial PP/Zeov10 plastic samples increase with the addition of Zeov10 It seems that Zeov10 acts as a nucleating agent in PP crystallization and retarded the

degradation of PP.The antimicrobial activity of PP/Zeov10 plastic samples with Zeov10 concentration is 1% (82ppm Ag+) was tested on Escherichia coli (E coli) by contact method and resulted up to 91%

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tôi xin cam đoan đây là công trình do tôi nghiên cứu Kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa được ai công bố

Người cam đoan

ĐẶNG TÚ SUYỀN

1.4 Trao đổi ion 28

1.4.1 Cơ chế trao đổi ion 28

1.4.2 Trao đổi ion trong Zeolite 29

1.4.3 Các nghiên cứu về polyme có các hoạt tính kháng khuẩn bằng quá trình trao đổi ion 32

1.5 Đặc tính cơ học của vật liệu tổ hợp cao phân tử 33

1.6 Hoạt tính kháng khuẩn 34

1.6.1 Các phương pháp khác cho điều chế cho các hợp chất kháng khuẩn 37

1.6.2 Điều chế hỗn hợp Ag+/Zeolite bằng trao đổi ion 40

1.6.3 Các phương pháp định lượng vi sinh vật để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn 43

1.6.3.1 Phương pháp đếm trực tiếp 43

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất 51

2.2 Chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/zeolite 52

2.2.1 Phản ứng trao đổi Ag+ vào trong cầu trúc Zeolite 52

2.2.2 Chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite 56

2.3 Chế tạo sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 59

2.4 Khảo sát các đặc tính 61

2.4.1 Đo chỉ số chảy của mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite 61

2.4.2 Đo tính chất cơ lý của sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 62

2.4.3 Phân tích nhiệt của sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 63

2.4.4 Đánh giá khả năng kháng khuẩn của sản phẩm PP/Zeov10 64

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 67

3.1 Chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite 67

3.1.1 Phản ứng trao đổi ion Ag+ vào trong cấu trúc Zeolite 67

3.1.2 Chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite 71

3.2 Chế tạo sản phẩm PP/Zeov10 72

3.3 Đánh giá các đặc trưng tính chất 72

3.3.1 Chỉ số chảy của mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite 72

3.3.2 Tính chất cơ lý của sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 73

3.3.3 Kết quả phân tích nhiệt 75

3.3.3.1 Kết quả phân tích DSC 75

3.3.3.2 Kết quả phân tích TGA 78

3.3.4 Kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn của vật liệu 81

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC KẾT QUẢ 90

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Tonset Nhiệt độ bắt đầu sự mất khối lượng Tm Nhiệt độ nóng chảy

Ttermination Nhiệt độ kết thúc sự mất khối lượng Zeov10 Hỗn hợp Ag+/Zeolite chứa 10.000ppm ion Ag+ Zeov20 Hỗn hợp Ag+/Zeolite chứa 20.000ppm ion Ag+

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Giản đồ minh họa cho hình dạng lập thể hóa học của Polypropylen

A) Isotactic PP, B) syndiotactic PP, C) atactic PP 22

Hình 1.2 Cho thấy đơn vị solidate có thể được tập hợp lại để tạo thành các khung zeoilite phổ biến: Zeolite A (LTA), zeolite X/Y (FAU), và EMT 24

Hình 1.3 Hệ lỗ cơ bản của một số zeolite quan trọng 25

Hình 1.4 Cấu trúc của zeolite A: (a) lồng β (hoặc lồng sodalite), (b) lồng α, (c) cấu trúc ô đơn vị (không thể hiện oxi) 26

Hình 1.5 Logarithmic tăng trưởng của mầm bệnh trong mẻ cấy vi khuẩn 36

Hình 1.6 Tác động của ion bạc lên vi khuẩn 37

Hình 1.7 Ion bạc liên kết với các base của DNA 37

Hình 1.8 Cấu trúc của Zeolite 41

Hình 1.9.Cấu trúc của zeolite kháng khuẩn 42

Hình 2.1 Thiết bị thực hiện thực hiện phản ứng trao đổi ion, IKA-WERKE, Đức 55

Hình 2.2 Giản đồ của quá trình chế tạo Ag+/zeolite bằng phương pháp trao đổi ion 56

Hình 2.3 Máy đùn DSE 20 Brabender® GmbH & Co Duisburg, Đ ức 58

Hình 2.4 Giản đồ của quá trình chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite 59

Hình 2.5 Giản đồ của quá trình chế tạo sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 61Hình 2.6 Máy đo cơ lý AG-X plus Shimadzu 63

Hình 2.7 Máy phân tích quét nhiệt vi sai DSC-Q200, Mỹ 64

Hình 2.8 Máy phân tích nhiệt trọng lượng TGA-Q500, Mỹ 64

Hình 2.9 Giản đồ đánh giá khả năng khángkhuẩn của sản phẩm nhựa kháng khuẩn PP/Zeov10 và PP QR 6701K 66

Hình 3.1 Zeolite trước (a) và sau khi (b) xử lý ion Ag+ 67

Hình 3.2 Hàm lượng ion Ag+ hấp thụ vào zeolite theo thời gian 68

Hình 3.3 Phổ EDS của Zeolite A 69

Hình 3.4 Phổ EDS của Ag+/Zeolite A 69

Hình 3.5 Ảnh SEM của Zeolite A 70Hình 3.6 Ảnh SEM của Ag+/Zeolite A 70

Hình 3.7 Hình ảnh của hạt nhựa PP QR6701K (a); mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite đối với Zeov10 (b); mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite đối với Zeov20 (c) 71

H ì n h 3 8 S ự ả n h h ư ở n g c ủ a h à m l ư ợ n g Z e o v 1 0 l ê n l ự c k é o đ ứ t c ủ a s ả n

phẩm kháng khuẩn PP/zeov10 74

Hình 3.9 Đường cong DSC của PP QR6701K 75Hình 3.10 Đường cong DSC của phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 với hàm lượng Zeov10 là 0,5% 76Hình 3.11 Đường cong DSC của sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 với hàm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các thành phần phụ gia được sử dụng trong QR6701K 51 Bảng 2.2 Các điều kiện thí nghiệm cho quá trình chế tạo mẻ chủ 58 Bảng 3.1 Kết quả đo chỉ số chảy của PP QR6701K và mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite đối với Zeov10 73

Bảng 3.2 Bảng kết quả đo tính chất cơ lý của PP QR6701K (0% Zeov10) và

Polyme là các vật liệu nền được sử dụng rộng rãi nhất so với nền gốm hoặc kim loại bởi vì chúng dễ xử lý và gia công Sợi thủy tinh, sợi cacbon và chất độn dạng hạt có thể được sử dụng như các vật liệu gia cường Thuận lợi cơ bản của vật liệu hỗn hợp có thể được liệt kê như tăng độ cứng, bền, ổn định kích thước, giảm sự thẩm thấu không khí và hơi nước, giảm chi phí

Polypropylen (PP) nằm trong số các polyme nhiệt dẻo được khai thác rộng rãi nhất và tầm quan trọng trong ứng dụng thực tiễn ngày càng tăng vì nó có nhiều ưu điểm trong sử dụng, trọng lượng nhẹ (0.9 g/cc), kháng hóa chất, chi phí thấp, dễ gia công và khả năng tái sinh Nó được tìm thấy trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau như: bao bì thực phẩm, bao bì dược phẩm, thiết bị y tế, thảm, sợi, lớp phủ bảo vệ, ô tô, điện và đồ gia dụng v.v Hầu hết các ứng dụng của PP phát triển theo thời gian vì nó đã chứng minh tính kinh tế và hiệu quả hơn các polyme nhiệt dẻo khác [1]

Để cải thiện các đặc tính cơ học của polypropylen như bền va đập, độ cứng cao, v.v… các nghiên cứu rộng rãi về việc cải thiện các đặc tính cơ học bằng cách sử dụng chất độn dạng hạt vào trong nền polyme đã được tiến hành hơn 20 năm qua Trong số các chất độn dạng hạt thì talc, mica, canxi carbonate là những loại được sử dụng nhiều nhất

Nghiên cứu các đặc tính bền và sự gãy nứt của polypropylen được điền đầy bởi canxi cacbonate Không xử lý và xử lý bề mặt (stearic acid và chất liên kết titanate) đã

được nghiên cứu Chất độn không xử lý làm giảm độ dẻo dai trong khi chất độn được xử lý tăng tối đa lên ~ 10% [2]

Nghiên cứu các đặc tính như độ bền kéo căng và kháng va đập của hỗn hợp isotactic polypropylen độn bởi talc Độ bền kéo căng và độ bền kéo đứt giảm trong khi môđun kéo tăng với hàm lượng chất độn Xử lý bề mặt của talc với chất liên kết làm thay đổi đổi hơn các tính chất của vật liệu hỗn hợp Tương tác giữa các pha tăng lên, nó làm tăng môđun kéo cao hơn so với các giá trị đo được với talc không biến tính [3]

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng chất độn lên các đặc tính cơ học của sản phẩm như môđun kéo, độ bền rão và bền va đập polypropylen hỗn hợp độn bởi hạt thủy tinh Với sự tăng hàm lượng chất độn, môđun đàn hồi, độ bền va đập tăng trong khi đó độ bền rão giảm không tuyến tính Kết quả cho thấy độ cứng và độ dẻo dai của polyprpylen hỗn hợp được cải thiện, hiệu quả hơn bởi thêm vào các hạt thủy tinh [4]

Trong các nghiên cứu gần đây, các loại khoáng zeolite khác nhau như: zeolite tự nhiên (clinoptilolite, mordenite, chabazite) hoặc zeolite tổng hợp (loại A, loại X, loại Y) đang được sử dụng như các chất độn dạng hạt Tất cả các zolite thương mại nhờ vào một trong các đặc tính có giá trị sau: trao đổi ion, hấp phụ và xúc tác Chúng có cấu trúc tinh thể khác thường nên chúng có các đặc tính hóa học độc đáo Ví dụ, trong một gram zeolite tự nhiên các kênh có thể cung cấp lên đến vài trăm mét vuông diện tích bề mặt mà trên đó các phản ứng hóa học có thể xảy ra Các zeolite tự nhiên cũng có thể hấp phụ lên đến 30% trọng lượng khô của nó đối với các chất khí như nitrogen hoặc ammonia Các nghiên cứu đã được báo cáo về việc loại bỏ chì, bạc và cadmium bởi clinoptilolite trong sự hiện diện của nồng độ chất thay thế của Ca, Mg và Na bằng quá trình trao đổi ion [5] Nó đã được chứng minh là zolite phù hợp cho việc loại bỏ ion Ag+ từ các dung dịch có chứa bạc

Kim loại bạc cũng được ứng dụng trong lĩnh vực nha khoa Ion bạc có hoạt tính kháng khuẩn cao nhất trong số các ion kim loại Hàng loạt các hợp chất của bạc đã được sử dụng cho các ứng dụng liên quan trong việc xử lý vết bỏng hoặc nhiễm trùng mắt [6]

Mặc dù một số lượng lớn công trình nghiên cứu đã thực hiện liên quan đến vật liệu hỗn hợp nền polypropylen, nhưng hầu hết các nghiên cứu được thực hiện với canxi cacbonate, talc hoặc mica và không có nhiều công trình nghiên cứu về zeolite như một vật liệu độn [7] Nghiên cứu chế tạo và khảo sát vật liệu hỗn hợp polypropylen/zeolite, PEG 4000 (Polyethylen Glycol) được chọn như vật liệu biến tính bề mặt trong số các vật liệu biến tính khác như: calcium sterate và acid stearic Bởi vì khi sử dụng PEG 4000 các phần kết tụ của các hạt zeolite bị phá vỡ thành các hạt nhỏ hơn ở mức độ cao hơn so với các vật liệu biến tính khác [8] Nghiên cứu chế tạo màng bảo vệ mới dựa trên màng polypropylen chứa zeolite tự nhiên cho các loại bao bì bảo vệ trái cây và rau quả Tác giả chế tạo và khảo sát Ag+/zeolite gia cường trong polypropylen; một hệ vật liệu hỗn hợp sở hữu các đặc tính kháng khuẩn được nhắm đến [9]

Trong luận văn này, sự nghiên cứu chế tạo và khảo sát hỗn hợp PP/Ag+/Zeolite dùng để sản xuất vật liệu PP hỗn hợp kháng khuẩn bằng phương pháp trao đổi ion Ag+

vào cấu trúc zeolite A

Chương 1: TỔNG QUAN

Thị trường bao bì kháng khuẩn cho thực phẩm và đồ uống là 4,13 tỷ USD trong 2008, dự đoán sẽ đạt tới 7,3 tỷ USD vào năm 2014, tốc độ tăng trưởng hàng năm tương ứng 11.65%.Trong các khu vực, khu vực châu Á Thái Bình Dương, đặc biệt Nhật Bản là thị trường dẫn đầu trong bao bì kháng khuẩn, với 45% thị phần hiện nay, giá trị USD 1,86 tỷ trong năm 2008 và dự đoán sẽ đạt tới USD 3,43 tỷ vào năm 2014 với sự tăng

trưởng hàng năm là 13% [10]

Polyme thường được sử dụng rất nhiều như trong bao bì thực phẩm như polypropylen (PP) và nhiều loại polyethylen khác nhau (HDPE, LDPE, v.v ), polyethylen terephthalate (PET), polystyren (PS) và polyvinyl clorua (PVC) [11] Tuy nhiên đặc trưng của chúng là không có tính kháng khuẩn để ngăn cản sự ngộ độc cho con người bởi các loại vi sinh vật [12] Để kéo dài thời gian sử dụng, duy trì chất lượng và sự an toàn sản phẩm, các nghiên cứu và phát triển về các vật liệu kháng khuẩn cho các ứng dụng trong thực phẩm như bao bì và các bề mặt tiếp xúc với thực phẩm khác được dự đoán sẽ tăng trong vài thập kỷ tới với sự ra đời các vật liệu polyme mới và kháng khuẩn [13]

Các loại vật liệu nano khác nhau như đồng, kẽm, titan, vàng và bạc đã nghiên cứu nhưng hạt nano bạc đã chứng minh hiệu quả kháng khuẩn cao nhất vì nó có khả năng chống lại vi khuẩn, virus và các vi sinh vật khác Bạc nano cũng được kết hợp với các khoáng zeolite và các hạt nano vàng Sử dụng các sản phẩm hỗn hợp Ag+/zeolite và Ag+/Au+ có tác dụng chống khuẩn lớn hơn khi chỉ sử dụng một mình ion bạc [6] Vì sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh và sự thâm nhập của chúng vào cơ thể con người là vấn đề nguy hiểm, các nghiên cứu đã chứng minh Ag+/zeolite như một chất khử trùng để ngăn chặn sự nhiễm trùng Bạc như là nguồn gốc của chất kháng khuẩn, các muối bạc được xem như một chất kháng khuẩn Người ta cho rằng các hoạt tính kháng khuẩn của bạc được gây ra bởi sự hấp phụ bạc vào các vi sinh vật làm mất khả năng hình thành cụm khuẩn Gần đây bạc được kết hợp vào trong các hợp chất vô cơ trở nên thu hút để chống lại các trường hợp bệnh tật có nguồn gốc từ vi sinh vật [14]

Hiện nay chưa có một công trình nghiên cứu trong nước về điều chế hỗn hợp Ag+/zeolite dùng trong các sản phẩm kháng khuẩn Trong khi đó trên thế giới Ag+/zeolite đang được nghiên cứu ngày càng nhiều như các thành phần sát trùng, kháng khuẩn, kháng nấm trong các hỗn hợp khác nhau [15]

D Zampino và cộng sự chế tạo composite PVC/Ag+/zeolite để khảo sát các đặc tính kháng khuẩn E Coli và S epidermidis [16] Blanton và cộng sự nghiên cứu về vấn đề ngăn chặn sự đổi màu không mong muốn của hỗn hợp kháng khuẩn Polyamide/Ag+/Zeolite [18] B Kwakye-Awuah và cộng sự nghiên cứu tác dụng kháng khuẩn và hiệu quả của ion bạc gắn lên Zeolite X [18] Cowan và cộng sự nghiên cứu hiệu quả kháng khuẩn của Ag+/zeolite phủ lên thép không gỉ [19] Rusin và cộng sự chứng minh sự giảm nhanh chóng khuẩn legionella pneumophila trên thép không gỉ khi phủ zeolite/Ag+/Zn2+ [20]

Bên cạnh đó đã có rất nhiều đăng ký sáng chế phát minh Hoa Kỳ về việc sử dụng Ag+/zeolite để đưa vào trong các polyme để chế tạo các sản phẩm kháng khuẩn như: các bộ phận của tủ lạnh, máy rửa chén, nồi cơm điện, màng phim, thớt nhựa, các chai lọ hút chân không, thùng nhựa, sàn nhà, giấy dán tường, quần áo, sơn, tã lót, các bộ phận bằng nhựa trong xe hơi, ống thông đường tiểu, các bộ phận trên xe đạp, đồ chơi trẻ em Các ứng dụng trên được mô tả chi tiết trong các số đăng ký sáng chế phát minh Hoa Kỳ như 6,123,925; 5,714,445; 5,697,203; 5,562,872; 5,180,585; 5,714,430 và 5,102,401 [21] Ngoài ra hỗn hợp Ag+/Zeolite còn được sử dụng để đưa vào trong ceramic để sản xuất sản phẩm lọc nước, các thiết bị vệ sinh…Hỗn hợp Ag+

/Zeolite được cho là rất an toàn, không có độc tính và có thể tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm với sự chấp thuận của cục an toàn thực phẩm & dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) 2007, hiệp hội an toàn thực phẩm Châu Âu (EFSA) 2005 và thị trường Nhật Bản

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn cũng như tiềm năng to lớn của thị trường về các

sản phẩm bao bì và vật liệu kháng khuẩn nên tôi chọn đề tài “nghiên cứu chế tạo hỗn

hợp PP/Ag+/zeolite dùng để sản xuất vật liệu PP hỗn hợp kháng khuẩn bằng phương pháp trao đổi ion bạc vào cấu trúc zeolite” Đây là đề tài đầu tiên trong nước về nghiên

cứu chế tạo hỗn hợp nhựa kháng khuẩn dựa trên Ag+/Zeolite Nó có ý nghĩa khoa học

và ý nghĩa thực tiễn cao Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài được hoạch định cụ thể như sau:

- Chế tạo Ag+/Zeolite bằng phương pháp trao đổi ion với các hàm lượng ion bạc tương ứng 10.000ppm (Zeov10) và 20.000ppm (Zeov20)

- Chế tạo mẻ chủ PP/Ag+/Zeolite với hàm lượng Ag+/Zeolite là 10% đối với Zeov10 và Zeov20

- Chế tạo sản phẩm kháng khuẩn PP/Zeov10 với hàm lượng Zeov10 là 0,5%, 1% và 2% - Đánh giá tính chất cơ lý và hoạt tính kháng khuẩn của sản phẩm

Trong nghiên cứu này, polypropylen được sử dụng như vật liệu nền trong khi đó Zoelite A được sử như một chất mang ion Ag+

, chất chống oxi hóa được sử dụng Chúng được mô tả cụ thể sau đây

1.1 Vật liệu nền - Polypropylen

Polypropylen (PP) là một trong số các polyme nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi nhất và có tầm quan trọng trong thực tiễn vì lợi ích toàn diện của nó, chi phí thấp, dễ gia công và tái chế Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: bao bì, lớp phủ bảo vệ, ôtô, điện và đồ gia dụng

Polypropylen được phát minh vào năm 1954 bởi nhà khoa học Ý F J Natta bằng cách thêm khí propylen với một chất xúc tác lập thể titan tri-clorua (TiCl3) Sản xuất thương mại bắt đầu vào năm 1957 và polypropylen được ứng dụng rộng rãi cho đến nay

Hai đặc tính quan trọng nhất của polypropylen là khối lượng phân tử và tính điều hòa lập thể (hình dạng mạch polyme) của nó Khối lượng phân tử có ảnh hưởng hưởng lớn nhất tới các đặc tính gia công và ảnh hưởng chính của điều hòa lập thể là quyết định các tính chất vật lí

Polyme với sự sắp xếp một cách có trật tự trong không gian của các chuỗi liên

kết được gọi là stereoregular, trong khi polyme với sự sắp xếp ngẫu nhiên trong không giang được gọi là atactic Mối quan hệ của tính điều hòa lập thể và phần không điều

hòa của polypropylene sẽ quyết định các tính chất của polymer Tính điều hòa lập thể phụ thuộc vào dạng chất xúc tác và các điều kiện trùng hợp Chất xúc tác trên cơ sở TiCl3 và alkyl aluminum halide, chúng chứa chất cho điện tử như pyridine (C5H5N) có tính điều hòa lập thể cao và tạo ra polypropylen gần như kết tinh hoàn toàn Nếu nhiệt độ trùng hợp bị giảm xuống, phần điều hòa lập thể tăng lên

Phân tử polypropylen được kết hợp 3 nguyên tử C và 6 nguyên tử H và sở hữu một liên kết đôi Liên kết đôi là nơi khơi mào của phản ứng trùng hợp Nguyên tử cacbon thứ ba có tính năng đặc biệt là cho phép hình thành nhiều cấu trúc mạch khác nhau

Khả năng kết tinh của chuỗi mạch phân tử là một yếu tố quan trọng kiểm soát kết quả hình thái học Mức độ kết tinh của homo-polypropylen được kiểm soát bởi tính điều hòa lập thể của chuỗi mạch phân tử Isotactic là kết quả trùng hợp đầu – đuôi của các đơn vị monome propylen, ở đây các nhóm methyl nằm về một bên dọc theo mạch polyme Syndiotactic cũng là kết quả trùng hợp đầu – đuôi của các đơn vị monome propylen, nhưng các nhóm methyl nằm tiếp cách nhau dọc theo mạch Atactic không có bất kỳ sự bố trí phù hợp của các nhóm methyl Hình 1.1 cho thấy giản đồ của isotactic, syndiotactic và atactic của các chuỗi polyme [1]

Các đặc tính của polypropylene làm cho nó có giá trị có thể được liệt kê như sau • Các tính chất vật lí khá thấp

• Chịu nhiệt độ khá thấp • Kháng hóa chất tốt • Trong mờ đến mờ đục • Giá thành thấp

• Dễ gia công Bản chất của polypropylen là vật liệu hữu cơ có trọng lượng phân tử cao Hình dạng bán tinh thể của nó được hình thành bởi tính đều đặn của chuỗi polyme Nó kết

hợp đặc trưng bền cơ học, độ cứng, điểm hóa mềm cao và tỷ trọng thấp Nhược điểm của polypropylen là dòn ngay tại nhiệt độ thấp và chịu oxi hóa kém, chịu nhiệt và kháng bức xạ UV kém [1]

Hình 1.1 Giản đồ minh họa cho hình dạng lập thể hóa học của Polypropylen:

A) Isotactic PP, B) syndiotactic PP, C) atactic PP

Vì polypropylen và các dẫn xuất của nó (trộn hợp và copolyme) rất dễ bị nhiệt và ánh sáng gây ra oxi hóa, do đó các sản phẩm polypropylen cơ bản rất cần có sự ổn định để bảo đảm hiệu quả lâu dài Với mục đích này, nhiều loại phụ gia ổn định đã được phát triển Các phụ gia này sẽ bảo vệ polyme trong quá trình trùng hợp, gia công, lưu trử và sử dụng Chất chống oxi hóa và chất ổn định ánh sáng được thêm vào để làm giảm tối thiểu các tác động có hại của nhiệt và ánh sáng lên bề mặt

1.2 Zeolite

Zeolite là tinh thể aliminosilicates có các lỗ rỗng li ti, bao gồm các tứ diện AlO4 và SiO4 liên kết bằng các cầu nguyên tử oxi dùng chung Đối với một cấu trúc hoàn toàn silic, sự kết hợp của các đơn vị SiO4 trong khung tạo thành silica (SiO2), nó là một

chất rắn không có điện tích Nhờ sự hợp nhất của Al vào trong khung silica, điện tích +3 của Al là cho khung có điện tích âm và yêu cầu sự xuất hiện các cation bên ngoài (các cation vô cơ hoặc hữa cơ có thể thỏa mãn yêu cầu này) vào trong cấu trúc để giữ cho toàn bộ khung trung tính Thành phần của zeolite có thể được mô tả tốt nhất là có ba thành phần như sau [22]

Các cation ngoài khung là các ion có thể trao đổi và cho trao đổi ion hóa học tốt của những vật liệu này Lượng Al trong cấu trúc có thể thay đổi trong khoảng lớn, với Si/Al = 1 - ∞ hoàn toàn silica hình thành chất đa hình SiO2

Zeolite được biết đến và trở thành một ngành công nghiệp quan trọng được khám phá vào những năm 1950-1970 và có thể được phân loại thành 3 nhóm tương ứng với tỉ lệ Si/Al trong các khung của chúng [22]

 Zeolite có hàm lượng Silica thấp hoặc nhôm cao

Milton và Breck báo cáo tại Union Carbide là đã tìm ra zeolite A và X vào năm 1959 Cả hai zeolite có lượng nhôm gần như “bão hòa” trong kết cấu khung với tỉ lệ phân tử lượng của Si/Al ≤ 2, nó được xem như có hàm lượng nhôm cao nhất có thể trong các khung của tứ diện aluminosilicate Như một hệ quả chúng chứa lượng cation cao nhất lên đến 40% trọng lượng khung sườn của nó và là các tác nhân trao đổi ion tuyệt vời

 Zeoilte có hàm lượng Silica trung bình

Breck báo cáo sự tổng hợp zeolite Y vào năm 1964, nó mở rộng một tỉ lệ Si/Al 1,5 – 3,8 và với cấu trúc liên kết khung giống với zeolite X và khoáng faujasite Giảm hàm lượng Al dẫn đến sự ổn định cả về nhiệt độ và axít, nó đã mở đường cho sự phát triển của zeolite Y dựa trên quá trình chuyển hóa hydrocacbon Mordenite cổng lớn, với tỷ lệ Si/Al là 5 [22]

 Zeoilte có hàm lượng Silica cao

Zeolite với tỉ lệ Si/Al từ 10-100 (hoặc cao hơn) được báo cáo bởi nghiên cứu Mobil và phòng thí nghiệm phát triển vào những năm 1960 và 1970, với zeolite được biết nhiều nhất là ZSM-5 Mặc dù hàm lượng Al thấp, tính axít thể hiện bởi những zeolite này thích hợp cho các phản ứng xúc tác hydrocacbon

Hình 1.2 Cho thấy đơn vị solidate có thể được tập hợp lại để tạo thành các khung

zeoilite phổ biến: Zeolite A (LTA), zeolite X/Y (FAU), và EMT

1.2.1 Lỗ trống zeolite

Thông nhập lỗ trống trong tinh thể của các zeolite xuyên qua các vòng gồm có các nguyên tử Si, Al và O Cho các vòng chứa 6 nguyên tử Si hoặc Al (sáu vòng thành viên) hoặc ít hơn, kích thước của lỗ trống gần bằng 2Å, và sự dịch chuyển các loại thông qua các vòng này bị hạn chế Các ion hoặc các phân tử có thể bị giữ lại trong các lồng được liên kết bởi các vòng có kích thước này hoặc nhỏ hơn (5, 4, 3 vòng thành viên) Cho các zeolite chứa các vòng lớn hơn, các ion và phân tử có thể vào khoảng trống trong tinh thể Hình 1.3 cho thấy hệ lỗ trống cơ bản của một vài zeolite phổ biến [22]

Thể tích trong của các zeolite bao gồm các lồng hoặc các rãnh nối liền nhau, nó có thể có 1 đến 3 chiều Kích thước lỗ có thể thay đổi từ 0,2 đến 0,8 nm và thể tích lỗ từ 0,10 – 0,35 cm3/g [22]

Hình 1.3 Hệ lỗ cơ bản của một số zeolite quan trọng

1.2.3 Các đặc tính của zeolite

Khả năng ổn định nhiệt của zeolite thay đổi trong khoảng nhiệt độ rộng Nhiệt độ phân hủy cho zeolite với hàm lượng silic thấp ở khoảng 700o

C Zeolite có hàm lượng silic thấp không ổn định trong axít, ngược lại zeolite có hàm lượng silic cao ổn định trong các khoáng axít đang sôi mặt dù không ổn định trong dung dịch bazơ Zeolite có hàm lượng silic thấp hướng tới cấu trúc với 4, 6 và 8 vòng thành viên, ngược lại zeolite với hàm lượng silic cao chứa 5 vòng thành viên Zeolite có hàm lượng silic thấp có tính ưa nước, ngược lại zeolite với hàm lượng silicon cao có tính kỵ nước và sự chuyển đổi xảy ra xung quanh tỷ lệ Si/Al gần bằng 10 [22]

Nồng độ cation, vị trí và sự trao đổi chọn lọc thay đổi đáng kể với các tỷ lệ Si/Al và đóng vai trò quan trọng trong hấp thụ, xúc tác và các ứng dụng trao đổi ion Mặc dù nồng độ axít giảm với tỷ lệ Si/Al tăng, chỉ số độ bền axít và hoạt tính proton tăng với sự giảm hàm lượng Al Zeolite cũng được mô tả bởi các đặc tính độc đáo đó là bề mặt trong rất dễ tiếp cận và có thể tập hợp nhiều hơn 98% tổng diện tích bề mặt Diện tích bề mặt đặc trưng là 300 -700m2/g [22]

1.2.4 Tổng quan cấu trúc zeolite A

Zeolite A là một trong những loại quan trọng nhất trong ngành công nghiệp zeolite, có công thức phân tử:

|Na12(H2O)27|8[Al12Si12O48]8

Mỗi năm hàng trăm nghìn tấn của zeolite A đã được sản xuất cho các ứng dụng khác nhau như làm mềm nước trong các chất tẩy rửa, phụ gia trong nhựa nhiệt dẻo polyvinyl clorua (PVC), sấy khí công nghiệp, tách các hydrocarbon nhánh và thẳng, v.v Các đơn vị xây dựng tổ hợp của zeolite A là hai vòng 4, lồng β (hoặc lồng sodalite), và lồng α (Hình 1.4) Zeolite A có hệ lỗ 3 chiều và các phân tử có thể khuếch tán trong tất cả 3 hướng trong không gian bằng cách dịch qua lỗ vòng 8 nó kết nối các khoang Các lỗ có đường kính thông suốt là khoảng 4Å [22]

Cấu trúc tinh thể thuộc về nhóm không gian Fm3C (a=24.6Å) chứa tám lồng lớn trên một ô cơ sở Ô cơ sở rộng lớn này là kết quả của sắp đặt các nguyên tử Al và Si trong khung (nguyên tắc Loewenstein) Khi các nguyên tử Si và Al không khác nhau, tính đối xứng trung bình của cấu trúc là Pm3-m và nửa thông số ô mạng (a’= 12.3Å)

Hình 1.4 Cấu trúc của zeolite A: (a) lồng β (hoặc lồng sodalite), (b) lồng α, (c) cấu

trúc ô đơn vị (không thể hiện oxi)

1.3 Phụ gia

Ngoài các chất độn và chất gia cường được sử dụng trong vật liệu cao phân tử và tổ hợp, ở đó còn có nhiều phụ gia chức năng được sử dụng để cải thiện các đặc tính hữu ích của polyme Một số phụ gia có thể được liệt kê như chất chống dính (antiblock), chống tạo bột, chất gia tốc, chất chống oxi hóa (antioxidant), chất kháng khuẩn, chất làm nở, chất màu, chất liên kết, chất chống cháy, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, chất hóa dẻo, chất thơm , v.v…

1.3.1 Chất kháng khuẩn

Thuật ngữ “kháng khuẩn” hoặc “diệt khuẩn” bao gồm diệt tảo, chất diệt khuẩn, chất kìm hãm vi khuẩn, thuốc diệt nấm và diệt mầm bệnh, v.v… Ngày nay, các phương pháp khác nhau cho các đặc tính kháng khuẩn được nghiên cứu nhiều Các chất kháng khuẩn chủ yếu hiện đang được nghiên cứu hoặc sử dụng bao gồm các chất kháng khuẩn tự nhiên như chitin, chitosan, các sản chất chiết suất từ trà, các hợp chất vô cơ như các hạt oxit titan, oxit kẽm, zeolite chứa bạc và các chất kháng khuẩn tổng hợp như các hợp chất hữu cơ của muối ammoni [15, 22, 23]

Các chất kháng khuẩn tự nhiên và các chất kháng khuẩn vô cơ, điển hình là bạc đang thu hút nhiều sự chú ý trong việc xem xét tính an toàn của chúng khỏi sự nhiễm độc

Trong những năm gần đây, các vật liệu kháng khuẩn được ứng dụng rộng rãi và có mặt trên thị trường như thảm, vải và sợi kháng khuẩn, màng kháng khuẩn, bao bì thực phẩm, bao bì dược phẩm, v.v

1.3.2 Chất chống oxi hóa

Chất chống oxi hóa được chia làm hai loại: chất chống oxi-hóa sơ cấp (primary antioxidant) và chất chống oxi-hóa thứ cấp (secondary antioxidant) Chất chống oxi-hóa sơ cấp được thêm vào trong polyme chủ yếu để cải thiện sự ổn định nhiệt lâu dài trong quá trình lưu trữ và sử dụng Nó thường được gọi là chất ăn gốc tự do bởi vì chúng có khả năng phản ứng nhanh với peroxy hoặc các gốc tự do khác do đó sẽ ngăn chặn hoặc làm làm chậm quá trình giảm cấp do phản ứng oxi hóa chuỗi phân tử Các loại chất chống oxi-hóa đặc trưng gồn hindered phenol, amin thơm thứ cấp,

hydroquinones, p-phenylenediamines, quinolones, hydroxitrazines hoặc ascorbic axit (Vitamin C) Trong khi đó chất chống oxi-hóa thứ cấp được thêm vào polyme chủ yếu cung cấp sự ổn định ngắn hạn cần thiết cho nhựa nóng chảy và ổn định màu trong suốt quá trình gia công ở nhiệt độ cao của polyme Nó sẽ phản ứng với các hydroperoxides để làm ổn định và giúp cho sản phẩm ít có khả năng vỡ vụn (cắt mạch) tạo thành các gốc tự do Chất chống oxi-hóa thứ cấp thường được phân loại hóa học hoặc là hợp chất của phosphorous hoặc sulfur [17]

1.4 Trao đổi ion 1.4.1 Cơ chế trao đổi ion

Trao đổi ion về cơ bản là một phản ứng hóa học giữa các ion trong dung dịch và các ion trong một pha không hòa tan Trong trao đổi ion, chắc chắn các ion được loại bỏ bởi các chất rắn trao đổi ion vì các điện tử trung hòa phải được duy trì, chất rắn giải phóng các ion vào trong dung dịch

Các chất trao đổi ion, theo định nghĩa thông thường là các vật liệu rắn không hòa tan, nó có khả năng trao đổi cation hoặc anion Các ion này có thể được trao đổi cho một lượng tương đương các ion khác cùng dấu khi các chất trao đổi ion tiếp xúc với dung dịch điện phân Các chất mang có khả năng trao đổi cation được gọi là các chất trao đổi cation và các chất mang có khả năng trao đổi anion gọi là các chất trao đổi anion Một số vật liệu có khả năng trao đổi cả hai cation và anion Chúng được gọi là các chất trao đổi ion lưỡng tính

Đặc trưng cho trao đổi cation:

Đặc trưng cho trao đổi anion:

X là đơn vị cấu trúc của chất trao đổi ion, các pha rắn được gạch dưới, aq chất điện phân trong dung dịch nước

Trao đổi ion tương tự sự hấp thụ, cả hai trường hợp đều là dạng hòa tan được hút bởi chất rắn Sự khác biệt đặc trưng là trao đổi ion trái ngược với sự hấp thụ là quá trình cân bằng hóa học Mỗi ion, nó được lấy ra từ dung dịch được thay thế bằng một lượng tương đương của một loại ion khác cùng dấu Trong hấp thụ, chất tan (điện phân hay không điện phân) được hút mà không được thay thế bằng loại khác Vậy hấp thụ là sự làm giàu của một hoặc nhiều thành phần tại lớp tiếp xúc giữa hai bề mặt (hấp phụ bề mặt và hấp phụ không gian) và nó cũng có thể được sử dụng để chỉ rõ quá trình trong đó các phân tử hấp phụ được chuyển đến và tích tụ tại lớp tiếp xúc giữa hai bề mặt [25]

Các chất trao đổi ion nhờ vào các tính chất đặc trưng của một đặc điểm khác thường trong cấu trúc của chúng Chúng chứa các khung sườn, các khung sườn được giữ lại cùng với nhau bằng các liên kết hóa học hoặc năng lượng mạng Các khung sườn này mang dư các điện tích dương (+) hoặc âm (-), nó được cân bằng bởi các ion trái dấu (các ion ngược) Các ion trái dấu chuyển động tự do trong khung sườn và có thể được thay thế bằng các ion khác có cùng dấu Lượng ion trái dấu của chất trao đổi ion gọi là các ion có khả năng trao đổi – là một hằng số, nó được ước tính chỉ bằng độ lớn của điện tích khung và không phụ thuộc vào bản chất các ion trái dấu

Như một quy tắc, các lỗ bị chiếm không chỉ bởi các ion trái dấu mà còn có dung môi và chất tan, những chất này có thể xâm nhập vào các lỗ khi chất trao đổi ion tiếp xúc với một dung dịch [22, 8]

1.4.2 Trao đổi ion trong Zeolite

Các khoáng khác nhau với các đặc tính trao đổi cation được biết đến Trong số các chất trao đổi ion khác nhau; zeolite có vài ưu điểm so với các loại nhựa hữu cơ truyền thống Chúng có cấu trúc 3 chiều cứng rắn với khoang và rãnh trong đó các các ion trái dấu có thể di chuyển Các đặc tính chủ yếu của zeolite có thể được liệt kê như sau [12]

- Chúng gồm có kích thước phân tử đồng đều các rãnh và khoang mà qua đó các cation khuếch tán có thể trao đổi tại các vị trí bên trong tinh thể - Hầu hết các zeolite không chịu bất cứ sự thay đổi kích thước đáng kể với

ion trao đổi vì cấu trúc khung ba chiều của chúng

- Hàm lượng nhôm, đó là số tứ diện định vị các nguyên tử nhôm trên đơn vị ô mạng, chỉ rõ số lượng tối đa điện tích âm (-) cho các cation sử dụng - Tính chọn lọc ion cho thấy bởi các zeolite đặc trưng cho một cation này

đến một cation khác là hiếm và không tuân theo quy tắc đặc trưng mà có thể được hiển thị bởi các chất trao đổi hữu cơ hoặc vô cơ khác

Các hành vi trao đổi cation của zeolite phụ thuộc vào: - Bản chất của các loại cation, kích thước cation, và điện tích cation - Nhiệt độ

- Nồng độ các loại cation trong dung dịch - Loại anion liên kết liên hợp với cation trong dung dịch - Dung môi

- Đặc điểm của cấu trúc Các chất trao đổi ion có thể được phân biệt giữa các ion trái dấu khác nhau Khi các ion trái dấu bị trao đổi, các chất trao đổi ion thường giữ lại hoặc vẫn còn các ion trái dấu hơn là các ion cùng dấu Tính chọn lọc này có thể xảy ra từ một hoặc một vài nguyên nhân vật lý sau Thế Donnan, hiệu ứng tĩnh điện hoàn toàn, kết quả ưu tiên cho ion trái dấu hóa trị cao hơn, đặc biệt khi công suất trao đổi ion cao và dung dịch môi trường xung quanh được pha loãng Tương tác đặc trưng giữa một ion trái dấu và các nhóm ion cố định – hình thành các cặp ion hoặc các phức bền vững – dẫn đến sự ưu tiên cho ion này Trong các loại nhựa hoặc gel khác, khuynh hướng của nền đàn hồi co lại dẫn đến một sự ưu tiên cho ion nhỏ hơn, nó là nguyên nhân ít trương Tính chọn lọc của zeolite, chúng có một mạng tinh thể đều đặn và khá cứng rắn, chủ yếu được quyết định bởi các lực mạng tinh thể và các hiệu ứng về không gian như máy sàn năng động và các yêu cầu không gian của các ion trái dấu

Tính chọn lọc của các chất trao đổi ion cũng được ảnh hưởng bởi các tương tác của các dung dịch bên ngoài, đặc biệt bởi sự hình thành phức của các ion trái dấu với đồng-ion Ion trái dấu, chúng tạo thành phức yếu hơn, được ưu tiên Vì vậy, bằng cách thêm một phức chất vào dung dịch, tính chọn lọc của chất trao đổi ion có thể được tăng cường hoặc thay đổi

Trao đổi ion là một quá trình khuếch tán Cơ chế của nó là một sự phân phối lại các ion trái dấu bằng sự khuếch tán Đồng- ion có ảnh hưởng ít lên động học và tốc độ của trao đổi ion Cách xác định tốc độ trong trao đổi ion là sự hòa lẫn vào nhau của các ion trái dấu trao đổi hoặc trong chính chất trao đổi ion (khuếch tán hạt) hoặc trong một chất lỏng dính, “màng” không bị ảnh hưởng bởi sự khuấy trộn của dung dịch (khuếch tán màng)

Sự kiểm soát quá trình khuếch tán màng được ưu ái bởi hiệu suất cao, mức độ khâu mạng thấp và kích thước hạt nhỏ của chất trao đổi ion; vì nồng độ thấp và sự khuấy dung dịch yếu và vì sự hiện diện của chất trao đổi ion cho ion trái dấu thu được từ dung dịch Một tiêu chuẩn đơn giản có thể được áp dụng cho dự đoán hoặc sự khuếch tán hạt hoặc màng sẽ được ước lượng – kiểm soát dưới sự cài đặt các điều kiện cho trước

Khuếch tán hạt kiểm soát sự trao đổi nhanh hơn khi ion trái dấu, nó là sự khởi đầu trong trao đổi ion, là cái nhanh hơn Cho khuếch tán màng kiểm soát sự trao đổi là ngược lại Ion trái dấu, nó được ưa thích bởi chất trao đổi ion, được giữ lại ở tỷ lệ cao và giải phóng ở tỷ lệ thấp hơn Các yếu tố giúp cho cho tốc độ trao đổi ion cao là sự chuyển động các ion trái dấu, kích thước hạt nhỏ và mức độ khâu mạng thấp của các chất trao đổi ion, sự hiện diện của chất trao đổi ion cho ion trái dấu được giữ lại, nồng độ cao, tốc độ khuấy của dung dịch và nâng nhiệt độ

Sự trao đổi ion được tìm thấy ở nhiều lĩnh vực ứng dụng từ năm 1800, ở đó Moses sử dụng các hạt len và Aristotle sử dụng các hạt silicat như các chất trao đổi ion để xử lý nước [7] Nhiều ngành công nghiệp bao gồm cả xử lý hình ảnh, hoàn thiện kim loại, khai thác mỏ và khoáng sản, công nghiệp lọc dầu tất cả đều có các vấn đề liên quan đến nhiễm kim loại nặng của xử lý nước thải Ở đó các kim loại hiện diện ở nồng độ cao thích hợp, quá tình oxi-hóa, khử và kết tủa có thể được sử dụng một cách hiệu quả để loại bỏ chúng Tuy nhiên, sự thu hồi có thể khó khăn khi các kim loại được loại bỏ như một thành phần nhỏ trong bùn Ở đó sự thu hồi là quan trọng, thủ tục như chiết trích dung môi và trao đổi ion có thể được sử dụng [5]

Nghiên cứu sự loại bỏ kim loại nặng từ các vùng nước mặn bằng clinoptilolite Các thuốc thử khác nhau như kẽm nitrat, canxi nitrat, cadmium nitrat, chì nitrat, bạc nitrat và magie nitrat được sử với các mẫu zeolite tự nhiên Kết quả cho thấy thứ tự chọn lọc sau đây: Pb++ > Ag+ > Cd++ Các cation cạnh tranh ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự trao đổi kim loại với các zeolite Kim loại bị loại bỏ lớn nhất trong trao đổi theo thứ tự Mg++ > Ca++ > Na+ cho Ag+ Sự loại bỏ Ag+ rất hiệu quả ở các nồng độ muối thấp [5]

Nghiên cứu sự trao đổi ion Ag+ bằng mordenite và clinoptilolite tự nhiên đã được thực hiện và cho thấy rằng hai loại zeolite này phù hợp cho loại bỏ ion bạc từ dung dịch chứa bạc Vì ion trao đổi gần như hoàn toàn và đá có chứa mordenite và clinoptilolite có thể được sử dụng thuận lợi để loại bỏ một lượng nhỏ các ion bạc từ nước thải trong công việc quang hóa Ion Ag+ trao đổi được thực hiện với dung dịch AgNO3 0,15M bằng cách giữ các mẫu qua 24 giờ trong bóng tối để ngăn cản quá trình quang khử của Ag+ Lượng Ag+

trao đổi vào các hình dạng cation khác nhau của clinoptilolite như sau:

Na – Cli : 120,7 mg/g Mg – Cli : 59,3 mg/g K – Cli : 86,6 mg/g Ca – Cli : 75,0 mg/g NH4 – Cli : 84,3 mg/g Original rock : 74,0 mg/g Khả năng trao đổi tốt của các ion Ag+ vào trong zeolite có thể được giải thích bằng khả năng phân cực cao của các ion Ag+ [27]

1.4.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về polyme có các hoạt tính kháng khuẩn bằng quá trình trao đổi ion

Các vật liệu như bạc, đồng và kẽm hoặc các hợp chất của chúng có tác dụng như các chất kháng khuẩn Bạc là một kim loại được sử dụng phổ biến nhất sở hữu hoạt tính kháng khuẩn mạnh nhất

Hiện tại trong nước chúng ta chưa có một nghiên cứu nào về polyme có hoạt tính kháng khuẩn bằng quá trình trao đổi ion, đặc biệt là sử dụng zeolite biến tính bằng ion bạc để sử dụng như một hợp chất kháng khuẩn

Một số nghiên cứu ngoài nước mô tả các hợp chất kháng khuẩn trong đó các hạt zeolite hỗ trợ cho các ion kim loại kháng khuẩn [24, 10] Bằng cách xử lý zeolite với các dung dịch của các ion kim loại, một ion kim loại kháng khuẩn mong muốn có thể được thay thế trong cấu trúc zeolite Các nghiên cứu về polyme có các hoạt tính kháng khuẩn được chế tạo thành công bằng cách kết hợp zeolite đã biến tính với ion kim loại kháng khuẩn vào trong polyme hoặc zeolite có thể được đúc với polyme và sau đó xử lý với một dung dịch của ion kim loại kháng khuẩn mong muốn Sự sử dụng các hạt zeolite trong trong các bài báo polyme đã được mô tả chi tiết trong những năm gần đây [24, 10, 11]

Chế tạo vật liệu hỗn hợp PVC/Ag+/Zeolite để nghiên cứu các hoạt tính kháng khuẩn E Coli và S epidermidis [16] Nghiên cứu tác dụng kháng khuẩn và hiệu quả của ion Ag+ gắn lên Zeolite X [18] Nghiên cứu hiệu quả kháng khuẩn của Ag+/Zeolite phủ lên thép không gỉ [19] Sự giảm nhanh chóng khuẩn legionella pneumophila trên thép không gỉ khi phủ Ag+/Zn2+/Zeolite [20]

1.5 Đặc tính cơ học của vật liệu tổ hợp cao phân tử

Hầu hết các vật liệu nhựa được sử dụng bởi vì chúng có các đặc tính cơ học mong muốn và tiết kiệm chi phí Vì lý do này, các đặc tính cơ học có thể được coi là quan trọng nhất trong tất cả các tính chất vật lý và hóa học của các chất cao phân tử trong hầu hết các ứng dụng

Nhiều đặc tính vật lý và cách kiểm tra có thể được thực hiện trên polyme Một số trong các cách kiểm tra này đã được tiêu chuẩn hóa và được mô tả trong các xuất bản của hiệp hội Mỹ cho đáng giá vật liệu (ASTM) Các kiểm tra thường được thiết kế để đạt được thông tin cơ bản của các đặc tính về hiệu quả sử dụng cuối cùng hoặc hành vi của sản phẩm Trạng thái cuối cùng của polyme thường là màng, sợi, các sản phẩm ép phun hoặc lớp phủ [7]

Các phương pháp kiểm tra cơ lý được sử dụng để đánh giá các vật liệu dưới nhiều điều kiện tải Các tính chất cơ lý có thể được đánh giá bao gồm: mô đun (đặc trưng cho độ cứng của chúng), sau cùng hoặc giá trị các đặc tính khác của ứng suất và sức căng và năng lượng đặc trưng cho độ bền của chúng, mềm dẻo, đàn hồi và độ dai

tương ứng Các đặc tính này có thể đạt được bởi máy kéo, nó đo lực kéo căng vật liệu cho đến khi nó bị đứt [7]

Vật liệu tổ hợp cao phân tử độn bởi hạt đã được chứng minh có ý nghĩa thương mại quan trọng trong những năm gần đây Nhiều loại phụ gia khác nhau thường được kết hợp vào trong polyme nền để biến tính các đặc tính vật lý, cơ học và lưu biến học cũng như các đặc tính nhiệt để phù hợp với nhiều loại ứng dụng Các hạt độn vô cơ chủ yếu như talc, đá vôi, silicat, hạt thủy tinh, gốm, v.v… Đối với chất độn ở mức cao, đặc tính cơ học của một vật liệu hỗn cơ bản được quyết định bởi lực tương tác giữa bề mặt chung của polyme nền và chất độn Trong những năm gần đây, với nhiều cố gắng trong việc nghiên cứu để hiểu biết tính chất hóa học bề mặt chung của polyme – chất độn, phát triển các phương pháp để tăng cường độ bám dính bề mặt chung và sự phân tán chất độn Đặc biệt, chất liên kết dựa trên titanate đã được thực hiện để biến tính bề mặt chất độn, làm cho vật liệu tổ hợp cao phân tử dễ gia công vì cải thiệt sự phân tán của chất độn trong polyme qua việc tăng tính thấm ước của bề mặt chất độn sau khi biến tính Bên cạnh sự bám dính bề mặt chung thì kích thước hạt độn, hình dáng và sự phân tán (trong polyme nền) là những yếu tố quan trọng khác nó có thể ảnh hưởng rất lớn lên các đặc tính của vật liệu hỗn hợp sau cùng Các yếu tố này đặc biệt phụ thuộc vào quá trình trộn Với sự trộn phân tán của hạt độn trong polyme nóng chảy, các lực trượt liên quan có thể rất lớn nên nó có thể làm gãy các hạt độn và dẫn đến giảm kích thước hạt độn và thay đổi kích thước hạt phân bố Mặc dù vậy, năng lượng bề mặt giữa các hạt cao, sự kết tụ các hạt vẫn có thể xảy ra Sự phân bố kích thước các hạt trong một vật liệu hỗn hợp có thể được nhận biết chủ yếu qua việc phân tích các đặc tính cơ học của nó [3]

1.6 Hoạt tính kháng khuẩn

Kháng khuẩn đang sử dụng hiện nay để tăng kháng sinh, các nghiên cứu để xác định các chất mới và các chiến dịch để phòng ngừa và điều trị nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra Trong quá khứ, nhiều nỗ lực tìm ra thuốc kháng khuẩn đã được thực hiện nhằm xóa bỏ nhiễm trùng kết quả là sự làm sạch vi khuẩn từ vật chủ nhiễm trùng Tuy nhiên,

sự ức chế sự tương tác giữa vi khuẩn và vật chủ của nó cũng có thể là một mục đích [29]

Thuật ngữ kháng khuẩn hoặc chất diệt khuẩn bao gồm thuốc diệt tảo, thuốc sát trùng, chất kìm hãm vi khuẩn, thuốc diệt nấm, chất diệt trùng trước những năm 1930; các chất kháng khuẩn chủ yếu là hỗn hợp Bordeaux, nghĩa là vôi sữa (Ca(OH)2) trong dung dịch đồng sulfate (CuSO4) May mắn, hoạt tính diệt nấm của dithiocarbamates và các đặc tính diệt con trùng của phenothiazine (C12H9NS) được phát hiện vào đầu những năm 1930 [7]

Tác nhân gây bệnh được định nghĩa là bất kỳ sinh vật có khả năng gây bệnh trong vật chủ ở bất cứ thời điểm nào [29] Độc lực là thước đo định lượng của tác nhân gây bệnh, đó là mức độ gây bệnh Theo định nghĩa của Projan, tất cá các vi khuẩn xâm nhập vật chủ phải làm như sau Thứ nhất, tìm cách để xâm nhập và sau đó thành lập một ổ có lợi Thứ hai, hệ thống bảo vệ chính của vật chủ phải được ngăn chặn và phản ứng miễn dịch ngắn phải được chống lại Cuối cùng, các vi khuẩn phải có khả năng sinh sôi nảy nở và sau đó phát tán trong vật chủ của nó hoặc trong một vật chủ mới như trình bày trong hình 1.5 Vi khuẩn bắt đầu một sự nhiễm trùng trong cơ thể để lại những thứ tương ứng trong cơ thể để làm chậm giai đoạn và bắt đầu tăng trưởng theo cấp số nhân, và rồi chúng bắt đầu chiết ra bề mặt protein cần thiết cho sự bám dính và phản ứng tránh xa vật chủ Bởi vì số lượng của các tế bào tăng lên, giai đoạn sau tăng trưởng theo hàm mũ được đưa vào, và biểu hiện protein bị biến đổi để sản xuất ra độc tố và tiết ra protein Khi một áp xe được hình thành, gia đoạn tăng trưởng tương ứng với giai đoạn ổn định Các tế bào riêng lẻ có thể phá vỡ áp xe để phát tán và bắt đầu lại chu kỳ Độc tính là yếu tố liên quan duy nhất đối với vi khuẩn Một tác nhân nó là tâm điểm của quá trình lây nhiễm, theo định nghĩa nó có thể không có khả năng gây ảnh hưởng đến vùng nhiễm trùng đã được hình thành [29] Nếu độc lực được coi là mục tiêu thích hợp cho các chất kháng khuẩn, nó phải được chứng minh rằng các chất ức chế độc tính có thể loại trừ hoặc ngăn cản các sinh vật

Hình 1.5 Logarithmic tăng trưởng của mầm bệnh trong mẻ cấy vi khuẩn

Nó được biết đến trong một thời gian dài rằng một vài ion; đặc biệt là ion Ag, Cu hoặc Zn sở hữu đặc tính kháng khuẩn Ag+/Zeolite đang ngày càng được nghiên cứu như là thành phần sát trùng, kháng khuẩn, diệt nấm và khử trùng trong các hỗn hợp khác nhau [25-28, 10, 11] Kim loại bạc là một trong các nguyên tố phổ biến sử dụng trong nha khoa Ion bạc có hoạt tính kháng khuẩn cao nhất trong số các ion kim loại và các hợp chất của bạc khác nhau đã được ứng dụng trong điều trị vết bỏng và nhiễm trùng mắt [27] Zeolite là vật liệu tinh thể xốp của sodium aluminosilicate ngậm nước thể hiện tính ái lực mạnh cho Ag+ và có thể liên kết tĩnh điện ion này lên đến gần 40% trọng lượng trong khung sườn của nó Ion bạc chứa trong zeolite có thể cung cấp hoạt tính kháng khuẩn đến nhựa hoặc các sợi tổng hợp bằng cách trộn [15] Ion bạc có khả năng giết chết hơn 650 loại vi khuẩn khác nhau chỉ trong vòng một phút [30] Người ta cho rằng hoạt tính kháng khuẩn này được gây ra bởi sự hấp phụ của ion Ag+ vào trong vi sinh vật (hình 1.6)

Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+ Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng

hoặt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi Do động vật không có thành tế bào, vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này

Hình 1.6 Tác động của ion bạc lên vi khuẩn Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như sau: Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin – SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn [31]

Ngoài ra các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA hình 1.7 [32]

Hình 1.7 Ion bạc liên kết với các base của DNA

1.6.1 Các phương pháp khác cho điều chế cho các hợp chất kháng khuẩn

Nghiên cứu phương pháp chiếu xạ UV trên màng nylon cho ứng dụng bao bì đóng gói Bao bì kháng khuẩn có thể tăng thời gian lưu trữ và an toàn thực phẩm Việc

sử dụng chiếu xạ UV 193nm để chuyển đổi các nhóm amide trên bề mặt của nylon thành amin có hoạt tính kháng khuẩn đã được thực hiện Ba loại thực phẩm liên quan đến vi khuẩn được tiếp xúc với màng kháng khuẩn trong dung dịch đệm Natri Photphat 0,2M (pH 7,0) Màng kháng khuẩn hiệu quả trong việc giảm nồng độ vi khuẩn trong lượng lớn chất lỏng cho tất cả các thực phẩm liên quan đến thử nghiệm kháng khuẩn Hiệu quả phụ thuộc vào chủng vi khuẩn Sự hấp phụ của các tế bào vi khuẩn làm giảm hiệu quả của các nhóm amin Các kết quả thí nghiệm cho thấy việc giảm nồng độ của các tế bào vi khuẩn trong khối chất lỏng có vẻ phù hợp cho tác dụng kháng khuẩn hơn là sự hấp phụ của các tế bào sống [33]

Nghiên cứu lớp phủ kháng khuẩn mới polyme N-halamine bằng trùng hợp nhũ tương Một loại mới của polyme N-halamine có thể nhũ tương hóa trong nước để sản xuất lớp phủ, một khi được clo hóa, hoạt động như một chất khử trùng tiếp xúc Các bề mặt làm bất hoạt các vi sinh vật một cách hiệu quả Đòi hỏi phải có thời gian tiếp xúc ngắn trong vài phút Các polyme này ổn định trong hơn một năm tại nhiệt độ phòng, và chúng yêu cầu thời gian tiếp xúc ngắn để bất hoạt một chuỗi rộng của các sinh vật Các hoạt tính kháng khuẩn của chúng dễ dàng tái sinh khi đã cạn kiệt bằng cách chảy một dung dịch nước của halogen tự do qua nó Chúng cho thấy một sự triển vọng to lớn trong thương mại cho các hệ thống lọc nước và khí, và chúng không đắt để sản xuất [34]

Nghiên cứu ảnh hưởng kháng khuẩn của khoáng zeolite Mexico trao đổi với các ion bạc Có thể thấy rằng clinoptiloliteheulondite Mexico ion bạc giết chết các vi khuẩn gây bệnh E Coli and S faecalis từ nước với hàm lượng ion bạc cao nhất gắn vào sau khoảng sau 2 giờ tiếp xúc [35]

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả kháng khuẩn của Ag+/zeolite chống lại các vi khuẩn trong miệng ở điều kiện yếm khí Ag+/zeolite ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn được thử nghiệm trong điều kiện yếm khí cho thấy rằng Ag+/zeolite có thể là một tá dược hữu ích để cung cấp khả năng kháng khuẩn trong các vật liệu nha khoa được sử dụng ngay cả trong các điều kiện yếm khí [15]

Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của giấy lụa chứa Ag+/zeolite trên Candida

albicans, S aureus, và P.aeruginosa Kết quả cho thấy rằng với mẫu Ag+/Zeolite tất cả vi khuẩn thử nghiệm đã bị tiêu diệt [36]

Nghiên cứu các hạt zeolite giữ lại các ion Ag+ có các đặc tính kháng khuẩn Một polyme giữ các ion kim loại được đề xuất để sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Điểm quan trọng ở đây là làm thế nào các polyme giữ được các ion kim loại Nhiều phương pháp kết hợp các ion kim loại vào trong chất cao phân tử đã được biết như liên kết hoặc thêm bột mịn của chính các ion kim loại vào trong polyme và một phương pháp sáp nhập hợp chất của các kim loại vào trong polyme Tuy nhiên, sử dụng chính các kim loại mang đến một bất lợi là nó cho thấy khả năng tương hợp kém bởi vì khối lượng riêng và môđun đàn hồi của các kim loại thường rất cao so với các polyme thông thường [27] Vì vậy, một phương pháp đã được đề xuất trong đó polyme chứa các nhóm chức hữu cơ có chức năng trao đổi ion qua một chức dạng phức và do đó các nhóm này giữ lại các ion kim loại Một chất kháng khuẩn mới được yêu cầu và zeolite biến tính với ion kim loại có hoạt tính kháng khuẩne đã được nghiên cứu và chế tạo Zeolite trông giống như một loại bột màu trắng nhưng cho tác dụng khử trùng tuyệt vời và không độc Hơn nữa, nó được chứng minh như là một vật liệu không mùi và không vị Ngoài ra các hợp chất vô cơ này rất khác so với các chất kháng khuẩn truyền thống khác Những sự khác biệt này bao gồm khả năng ổn định hóa học như điểm nóng chảy và điểm bay hơi Hơn nữa zeolite có chi phí thấp hơn nhiều và không độc với con người được báo cáo Ở Nhật Bản, có nhiều mặt hàng sản xuất có phủ lớp kháng khuần này, như bàn chải đánh răng, kem đánh răng, sữa tắm, nước vệ sinh sàn gạch, đồ dùng nhà bếp, đồ chơi em bé v.v Gần đây, nhiều dụng cụ y tế bắt đầu được phủ Ag+/zeolite [23] Các nghiên cứu cho thấy có hai quá trình cho chế tạo sản phẩm hỗn hợp polymer/zeolite kháng khuẩn Một quá trình được mô tả bằng cách trộn lẫn các hạt zeolite giữ lại ít nhất một ion kim loại có đặc tính kháng khuẩn với một polyme hữu cơ hoặc một hỗn hợp của các polyme tại bất kỳ lúc nào trước khi đúc polyme hữu cơ để hình thành sản phẩm Quá trình khác được mô tả trong đó một polyme hữu cơ hoặc hỗn

hợp các polyme chứa các hạt zeolite được đúc và sau đó được xử lý với một dung dịch nước có chứa ít nhất một ion kim loại có đặc tính kháng khuẩn [27]

Theo kết quả nghiên cứu, các hạt zeolite nên giữ lại ion kim loại kháng khuẩn ở một lượng ít hơn khả năng trao đổi ion bão hòa của zeolite [27] Nếu không, hiệu quả kháng khuẩn của sản phẩm polyme là rất kém Hình dạng phù hợp của zeolite sử dụng trong nghiên cứu này là tốt nhất có thể là hạt mịn Kích thước hạt của zeolite thích hợp có thể được lựa chọn phụ thuộc vào lĩnh vực ứng dụng Khi đúc một sản phẩm có độ dày tương đối lớn, giống như các loại hộp chứa, ống, hột nhỏ hoặc các sợi thô, kích thước hạt có thể nằm trong phạm vi của một vài micron đến mười micron hoặc ngay thậm chí trên một trăm micron Khi đúc sản phẩm màng hoặc sợi nhỏ, hạt có kích thước nhỏ hơn là phù hợp nhất Nó cũng được báo cáo rằng khi ion kim loại trong tổng số lượng như để bão hòa khả năng trao đổi ion của zeolite, một phần của ion kim loại lắng đọng trên bề mặt của zeolite trong một dạng khác hơn là một ion, như bạc oxide (trong trường hợp ion bạc) Các oxide này đã được phát hiện là bất lợi đến hiệu quả kháng khuẩn của ion kim loại/zeolite Khi mức độ của hiệu quả kháng khuẩn cao hơn được mong muốn, vật phẩm đúc tốt hơn là có diện tích bề mặt lớn

Nghiên cứu trên zeolite kháng khuẩn và một hỗn hợp nhựa kháng khuẩn chứa zeolite Phát minh liên quan đến zeolite kháng khuẩn trong đó tất cả hoặc một phần của các ion có khả năng trao đổi ion trong zeolite được thay thế bằng các ion kim loại kháng khuẩn và ion amoni [23] Theo phát minh, hỗn hợp nhựa kháng khuẩn được cung cấp Hỗn hợp nhựa bao gồm zeolite kháng khuẩn nói trên và nhựa nền như polyethylen, polypropylen và polyvinyl clorua v.v…

1.6.2 Điều chế hỗn hợp Ag+/Zeolite bằng trao đổi ion

Các ion kim loại nên được giữ lại ở các hạt zeolite thông qua một phản ứng trao đổi ion Các ion kim loại được hấp phụ hoặc bám dính không cần sử dụng phản ứng trao đổi ion cho thấy hiệu quả kháng khuẩn kém và không bền Hình 1.8 cho thấy cấu trúc ba chiều của zeolite trong đó bao gồm aluminosilicates Cụ thể hơn, nó được tạo thành bởi một tứ diện SiO4 và AlO4 và hiện diện như một khoang lớn trong phân tử [37]