Nghiên cứu sử dụng chitosan việt nam như chất kháng khuẩn cho vải bông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LƯU THỊ THO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHITOSAN VIỆT NAM NHƯ CHẤT KHÁNG KHUẨN CHO VẢI BÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT DỆT MAY Hà Nội – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LƯU THỊ THO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHITOSAN VIỆT NAM NHƯ CHẤT KHÁNG KHUẨN CHO VẢI BƠNG Chun ngành: Cơng nghệ dệt, may Mã số: 62540205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT DỆT MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VŨ THỊ HỒNG KHANH TS NGUYỄN VĂN THÔNG Hà Nội – 2016 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới Phó Giáo sư, Tiến sĩ Vũ Thị Hồng Khanh Tiến sĩ Nguyễn Văn Thông, người thầy tâm huyết tận tình hướng dẫn hết lịng, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi, góp ý cho tác giả trình thực luận án Thứ hai, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Cô giáo, bạn đồng nghiệp thuộc Viện Dệt may - Da giày Thời trang, Viện Đào tạo Sau Đại học, Ban Giám Hiệu - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành luận án Tiếp theo, tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Dệt may Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam) đơn vị chủ trì hợp tác thực đề tài cấp Nhà nước: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiếu xạ tia gamma ngành dệt, mã số đề tài: 06/HĐ-ĐT2010/ĐVPX, tạo điều kiện để tác giả tham gia đề tài nghiên cứu đồng ý cho tác giả sử dụng phần kết đề tài mà tác giả thực trực tiếp, để viết báo cáo luận án Lời cảm ơn sâu sắc xin gửi tới cá nhân Tiến sĩ Trần Minh Quỳnh, người hết lòng tư vấn giúp đỡ tác giả thời gian làm việc Trung tâm chiếu xạ Hà Nội Tác giả xin trân trọng cám ơn Trung tâm thí nghiệm Vật liệu dệt may Da giày, Viện Dệt may - Da giày Thời trang, Trung tâm nghiên cứu phát triển công nghệ sinh học – Viện công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm, Viện tiên tiến khoa học công nghệ (AIST) phịng thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm thí nghiệm Viện Dệt may 478 Minh Khai Hà Nội, Trung tâm khoa học công nghệ quốc gia tạo điều kiện thuận lợi tác giả thực nghiên cứu sở Lời cảm ơn chân thành tác giả xin gửi tới Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, nơi tác giả làm việc tạo điều kiện cho tác giả suốt thời gian học tập Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tồn thể gia đình tạo điều kiện tốt cho tác giả thời gian, tinh thần vật chất để tác giả toàn tâm thực nghiên cứu, hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn tới tất bạn bè đồng nghiệp ủng hộ, động viên tác giả thời điểm khó khăn để hoàn thành luận án Tác giả i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan kết trình bày luận án Các số liệu kết luận án trung thực Một phần kết luận án tơi thực khuôn khổ đề tài cấp Nhà nước: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiếu xạ tia gamma ngành dệt, mã số đề tài: 06/HĐ-ĐT2010/ĐVPX, (do TS Nguyễn Văn Thông đồng thời thầy hướng dẫn luận án làm chủ nhiệm) Tôi chủ nhiệm đề tài đồng tác giả đồng ý cho phép sử dụng kết báo cáo luận án (có giấy xác nhận chủ nhiệm đề tài, đồng tác giả cục Thông tin Khoa học Cơng nghệ Quốc gia đóng kèm theo phụ lục 12 số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14) Các kết cơng bố báo (cơng trình số số danh mục cơng trình công bố luận án) đồng tác giả đồng ý cho phép nghiên cứu sinh sử dụng kết công bố để viết luận án (giấy xác nhận đồng tác giả đóng phụ lục 12 số 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) Nghiên cứu sinh tập thể hướng dẫn công bố số kết nghiên cứu khác luận án báo (cơng trình số danh mục cơng trình cơng bố luận án) báo đăng kỷ yếu Hội thảo khoa học quốc tế (cơng trình số số danh mục cơng trình cơng bố luận án) Các đồng tác giả báo đồng ý cho phép nghiên cứu sinh sử dụng kết công bố để viết luận án (giấy xác nhận đồng tác giả đóng phụ lục 12 số 2, 3, 4, 5, 6, 7) Hà Nội, ngày 25 tháng 01 năm 2016 Tập thể hướng dẫn PGS.TS Vũ Thị Hồng Khanh Tác giả TS Nguyễn Văn Thông ii ThS Lưu Thị Tho MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN 1.1 Giới thiệu chung chitosan 1.1.1 Cấu trúc hóa học 1.1.2 Điều chế chitosan 1.1.3 Tính chất chitosan 1.1.3.1 Độ hòa tan chitosan 10 1.1.3.2 Đặc tính chitosan 11 1.1.3.3 Tính chất dung dịch chitosan 11 1.1.3.4 Biến đổi hóa học chitosan 11 1.1.4 Tác dụng diệt khuẩn chitosan 12 1.1.4.1 Cơ chế 12 1.1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính kháng khuẩn 12 1.2 Ứng dụng chitosan 13 1.2.1 Ứng dụng chitosan ngành 13 1.2.1.1 Trong nông nghiệp công nghiệp thực phẩm 15 1.2.1.2 Trong y học mỹ phẩm 15 1.2.2 Ứng dụng chitosan ngành dệt 16 1.2.2.1 Ứng dụng chitosan kéo sợi 16 1.2.2.2 Ứng dụng chitosan xử lý trước 17 1.2.2.3 Ứng dụng chitosan nhuộm màu 17 1.2.2.4 Ứng dụng chitosan lĩnh vực xử lý nước thải nhuộm 18 1.2.2.5 Ứng dụng chitosan hoàn tất hoàn tất kháng khuẩn cho vật liệu dệt 19 1.3 Ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ công nghiệp dệt 30 1.3.1 Các tiến ứng dụng xử lý chiếu xạ polyme 31 1.3.1.1 Ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ để khâu mạch polyme 31 1.3.1.2 Ứng dụng kỹ thật chiếu xạ để cắt mạch polyme 32 1.3.1.3 Ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ để cắt mạch chitosan 32 1.3.2 Các ứng dụng chiếu xạ để xử lý vật liệu dệt may 33 1.3.3 Nhận xét chung ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ để cắt mạch chitosan 36 1.4 Các phƣơng pháp hồn tất kháng khuẩn cho vải bơng chitosan 37 1.4.1 Phƣơng pháp tận trích 37 1.4.2 Phƣơng pháp ngấm ép 37 1.5 Phƣơng pháp đánh giá khả kháng khuẩn khả liên kết chitosan với vật liệu dệt 38 1.5.1 Phƣơng pháp đánh giá khả kháng khuẩn vật liệu dệt 38 1.5.1.1 Phương pháp định lượng AATCC 100 - 2004 [24] 38 1.5.1.2 Phương pháp định tính AATCC 147 – 2004 [25] 39 1.5.1.3 Tiêu chuẩn ASTM E 2149-01 [31] 40 1.5.2 Phƣơng pháp đánh giá khả liên kết chitosan với vải 40 1.5.2.1 Phương pháp so sánh khối lượng [41] 40 1.5.2.2 Phương pháp hình ảnh 41 1.5.2.3 Phương pháp phổ hồng ngoại FTIR 43 1.5.2.4 Phương pháp hóa học 46 iii 1.6 Kết luận phần tổng quan hƣớng nghiên cứu luận án 47 1.6.1 Kết luận phần tổng quan 47 1.6.2 Hƣớng nghiên cứu luận án 48 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 49 2.1.1 Vải 49 2.1.2 Chitosan Việt Nam 50 2.1.3 Các chất liên kết ngang 51 2.1.3.1 Axit Citric (C6H8O7) 51 2.1.3.2 Arkofix NET 51 2.2 Nội dung nghiên cứu 52 2.2.1 Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật tách phân đoạn mẫu chitosan sau chiếu xạ tia gamma 52 2.2.1.1 Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật mẫu chitosan sau chiếu xạ 52 2.2.1.2 Nghiên cứu tách phân đoạn chitosan chiếu xạ 52 2.2.1.3 Nghiên cứu đặc tính tan phân đoạn chitosan chiếu xạ 52 2.2.2 Nghiên cứu sử dụng chitosan công nghiệp Việt Nam chế phẩm chitosan sau chiếu xạ từ chúng xử lý kháng khuẩn cho vải 52 2.2.2.1 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng khối lượng phân tử nồng độ sử dụng chitosan tới khả diệt khuẩn vải xử lý chitosan 52 2.2.2.2 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng khối lượng phân tử chitosan tới độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan sau lần giặt 53 2.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng chất liên kết ngang khối lượng phân tử tới khả diệt khuẩn, độ bền kháng khuẩn tính chất lý vải xử lý chitosan 53 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 54 2.3.1 Phƣơng pháp kiểm tra đặc tính kỹ thuật tách phân đoạn chế phẩm chitosan sau chiếu xạ tia gamma 54 2.3.1.1 Phương pháp kiểm tra đặc tính kỹ thuật mẫu chitosan sau chiếu xạ 54 2.3.1.2 Phương pháp tách phân đoạn chế phẩm chitosan sau chiếu xạ 55 2.3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng chitosan công nghiệp Việt Nam chế phẩm chitosan sau chiếu xạ từ chúng xử lý kháng khuẩn cho vải 59 2.3.2.1 Quá trình thực nghiệm tạo mẫu vải kháng khuẩn mẫu vải kháng khuẩn sau lần giặt 59 2.3.2.2 Phương pháp đánh giá khả kháng khuẩn độ bền kháng khuẩn vải sau xử lý chitosan 61 2.3.2.3 Phương pháp phân tích hàm lượng nhóm amin nitơ có vải 66 2.3.2.4 Phương pháp đánh giá ảnh hưởng chất liên kết ngang MW chitosan tới tính chất lý vải sau xử lý 74 2.4 Kết luận chƣơng 76 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 78 3.1 Kết kiểm tra đặc tính kỹ thuật tách phân đoạn chitosan sau chiếu xạ 78 3.1.1 Kết kiểm tra đặc tính kỹ thuật mẫu chitosan sau chiếu xạ 78 3.1.1.1 Kiểm tra khối lượng phân tử chitosan 78 3.1.1.2 Kiểm tra mức độ deaxetyl hóa chitosan 81 3.1.2 Tách phân đoạn chitosan sau chiếu xạ 82 iv 3.1.2.1 Đặc tính khối lượng phân tử phân đoạn chitosan 83 3.1.2.2 Mức độ deaxetyl hóa chitosan phân đoạn 84 3.1.2.3 Tính tan phân đoạn chitosan 84 3.2 Nghiên cứu sử dụng chitosan công nghiệp Việt Nam chế phẩm chitosan sau chiếu xạ từ chúng xử lý kháng khuẩn cho vải 85 3.2.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng khối lượng phân tử nồng độ sử dụng chitosan tới khả diệt khuẩn vải 86 3.2.1.1 Ảnh hưởng khối lượng phân tử chitosan tới khả diệt khuẩn vải 87 3.2.1.2 Ảnh hưởng nồng độ sử dụng chitosan tới khả diệt khuẩn vải 89 3.2.2 Ảnh hƣởng khối lƣợng phân tử chitosan tới độ bền kháng khuẩn vải đƣợc xử lý chitosan 91 3.2.2.1 Ảnh hưởng khối lượng phân tử chitosan tới khả diệt khuẩn vải sau lần giặt 92 3.2.2.2 Ảnh hưởng số lần giặt tới khả diệt khuẩn vải xử lý chitosan 93 3.2.2.3 Kết nghiên cứu phân tích hàm lượng nhóm amin nitơ có vải bơng 94 3.2.2.4 Giải thích khả diệt khuẩn độ bền kháng vải xử lý với chitosan sử dụng chất liên ngang CA 98 3.2.3 Ảnh hưởng chất liên kết ngang khối lượng phân tử chitosan tới khả diệt khuẩn, độ bền kháng khuẩn tính chất lý vải xử lý chitosan 100 3.2.3.1 Ảnh hưởng chất liên kết ngang khối lượng phân tử chitosan tới khả diệt khuẩn vải xử lý chitosan 101 3.2.3.2 Ảnh hưởng chất liên kết ngang khối lượng phân tử chitosan tới độ bền kháng khuẩn vải xử lý chitosan 101 3.2.3.3 Kết phân tích hàm lượng nhóm amin nitơ có vải bơng 102 3.2.3.4 Ảnh hưởng chất liên kết ngang khối lượng phân tử chitosan đến tính chất lý vải bơng sau xử lý 110 3.2.3.5 Giải thích khả diệt khuẩn độ bền kháng khuẩn vải xử lý với chitosan sử dụng chất liên ngang Arkofix NET 120 3.2.3.6 Lựa chọn loại chitosan chất liên kết ngang để xử lý kháng khuẩn cho vải phù hợp với mục đích sử dụng 123 3.3 Kết luận chƣơng 123 KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 136 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Sơ đồ tận trích thuốc nhuộm axit vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 2: Kết thực nghiệm kiểm tra khả kháng khuẩn vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 3: Kết phân tích hình ảnh sử dụng máy hiển vi điện tử quét FE-SEM vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 4: Kết kiểm tra độ rủ vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan v Phụ lục 5: Kết kiểm tra góc hồi nhàu vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 6: Kết kiểm tra độ bền kéo đứt độ giãn đứt vải theo hướng sợi dọc theo hướng sợi ngang Phụ lục 7: Kết kiểm tra độ thống khí vải bơng trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 8: Kết xác định độ ẩm vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 9: Kết kiểm tra tính truyền nhiệt truyền ẩm vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 10: Kết kiểm tra độ trắng vải trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 11: Kết kiểm tra đặc tính bề mặt vải bơng trước sau xử lý kháng khuẩn chitosan Phụ lục 12: Giấy xác nhận vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 60 Co AATCC ASTM BTCA CA CFU CNCX CTS CTS-PD1 CTS – PD2 CTS – PD3 CTS – PD4 CTS – PD5 CTS – PD6 Da ĐC DD DMDHEU DP DK FTIR HMW H-NMR HPLC ISO LB LMW LVN MIU MMD MW Mn NLNTVN OD owb owf PDI PLA ppm SEM SHP SMD Nguồn Coban - 60 The American Association of Textile Chemists and Colorists - Hiệp hội nhà hóa dệt chất màu Mỹ American Society for Testing and Materials - Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Mỹ 1,2,3,4 - Butanetetracarboxylic acid Citric acid - Axit Citric Colonies forming unit - Số khuẩn lạc Công nghệ chiếu xạ Chitosan Chitosan - phân đoạn Chitosan - phân đoạn Chitosan - phân đoạn Chitosan - phân đoạn Chitosan - phân đoạn Chitosan - phân đoạn Dalton - Đơn vị khối lượng phân tử (g/mol) Mẫu đối chứng (mẫu chưa xử lý) Mức độ deacetyl hóa Dimethylol Dihydroxyl Ethylene Ure Mức độ polyme hóa Diệt khuẩn Fourier Transform Infra Red spectroscopy - Phổ hồng ngoại Khối lượng phân tử cao Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Sắc khí lỏng hiệu cao Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế Luria bertain - Môi trường thạch Khối lượng phân tử thấp Chỉ số độ nhớt giới hạn Giá trị trung bình hệ số ma sát Mean deviation of the cofficient of friction - Độ lệch trung bình hệ số ma sát Khối lượng phân tử trung bình khối Khối lượng phân tử trung bình số Viện lượng nguyên tử quốc gia Optical density - Mật độ quang học On weight of bath - So với thể tích dung dịch On weigth of fabric - So với khối lượng vải Chỉ số đa phân tán Polylactic acid - Axit polylactic Part per million - Một phần triệu Scanning Electronic Microscopy - Kính hiển vi điện tử quét Sodium hypophotsphite - Natri hypophotphit Mean deviation of surface roughness - Độ lệch trung bình độ nhám vii TCVN TLTK Tm TNHH MTV To UV UV-vis WPU WT XL XLKK bề mặt Tiêu chuẩn Việt Nam Tài liệu tham khảo Độ dày mẫu vải áp lực 50cN/cm2 Trách nhiệm hữu hạn thành viên Thickness - Độ dày mẫu vải áp lực 0,5cN/cm2 Ultra violet - Tia cực tím Thiết bị quang phổ tử ngoại khả kiến Wet pick-up - Mức ép Tensile energy - Năng lượng kéo Xử lý Xử lý kháng khuẩn viii ... lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu sử dụng chitosan Việt Nam chất kháng khuẩn cho vải bông? ??’ Luận án tập trung nghiên cứu xác định khả sử dụng chitosan Việt nam dạng công nghiệp chitosan sau cắt mạch... trình nghiên cứu cho thấy ứng dụng chitosan ngành dệt ứng dụng cơng nghệ hồn tất kháng khuẩn cho vải nhiều xử lý kháng khuẩn cho vải nhiều Các ứng dụng chitosan lĩnh vực xử lý kháng khuẩn cho vật... để tạo chức kháng khuẩn cho vật liệu dệt 1.2.2.5 Ứng dụng chitosan hoàn tất hoàn tất kháng khuẩn cho vật liệu dệt Ứng dụng lớn chitosan ngành dệt sử dụng chitosan chất kháng khuẩn cho vật liệu