CHIẾU XẠ
3.1 Ảnh hƣởng của TAIC đến hạt chitosan khâu mạch
Một số kỹ thuật khác nhau như chiếu xạ, xử lý hóa chất đã được ứng dụng nhằm nâng cao tính bền của vật liệu polyme.
Bảng 6. Ảnh hưởng của chất khâu mạch đến hình dạng bên ngoài hạt chitosan Công thức Nồng độ TAIC (%) Màu sắc trước chiếu xạ Hình dạng hạt ẩm Hình dạng hạt khô
X1 0 trắng hơi vàng cầu đồng nhất cầu đồng nhất
X2 0,5 trắng trong hình cầu cầu không đồng
nhất, có đuôi
X3 1,0 trắng trong cầu dính kết cầu không đồng
nhất, có đuôi
X4 1,5 trắng trong cầu cứng cầu đồng nhất,
cứng đều
X5 2,0 trắng trong cầu đàn hồi cầu không đồng
nhất, dính kết
X6 2,5 trắng trong cầu đàn hồi biến dạng thành
gel dính kết
X7 5,0 trắng trong cầu đàn hồi biến dạng thành
gel dính kết Đối với hạt chitosan, Chious và cộng sự đã sử dụng một số chất khâu mạch hóa học, đặc biệt là epichlohydrin để nâng cao mức độ khâu mạch cũng như tính bền
42
của hạt chitosan khâu mạch ion [12]. Tuy nhiên, đây là một chất khâu mạch có độc tính cao, có thể ảnh hưởng xấu đến đời sống thủy sinh khi đi vào nước thải.
Gần đây, khâu mạch bức xạ đã được xem như một kỹ thuật hiện đại, thân thiện môi trường đã được áp dụng để nâng cao tính bền cơ nhiệt của một số vật liệu polyme. Các nhà khoa học cũng chỉ ra khả năng gia tăng hiệu ứng khâu mạch của một số tác nhân khâu mạch như triallyl isocyanurate (TAIC) đối với các polyolefin, poly(lactic acid)… [22]. Chúng tôi cho rằng việc bổ sung TAIC với hàm lượng thích hợp sẽ làm tăng mức độ khâu mạch của chitosan khi chiếu xạ do các gốc tự do hình thành sẽ dễ dàng liên kết với các nhóm chức chitosan. Hơn nữa, do cấu trúc gồm 3 liên kết đôi rất dễ chuyển thành gốc tự do khi chiếu xạ của TAIC so với 2 vị trí liên kết trong sTPP nên hạt chitosan khâu mạch bức xạ hình thành sẽ có tính bền tốt hơn hạt chitosan khâu mạch ion.
Có thể thấy rằng việc bổ sung chất khâu mạch đã thay đổi ít nhiều màu sắc hạt chitosan từ trắng hơi vàng sang trắng trong. Các hạt vẫn giữ được hình tròn ổn định, song khi hàm lượng TAIC vượt quá 2 %, hạt sẽ bị biến dạng trong quá trình sấy chân không. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khâu mạch TAIC đến màu sắc và hình dạng của hạt trước và sau sấy được thể hiện trên bảng 6. Từ kết quả bảng 6, công thức hạt X4 chứa 1,5% TAIC có dạng hình cầu đồng nhất, đã được lựa chọn để tạo hạt khâu mạch bức xạ.
3.2 Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ tới hạt chitosan khâu mạch
Như có thể quan sát thấy trên hình 17, chiếu xạ đã làm cho các hạt chitosan bị vàng màu, liều chiếu càng cao màu hạt càng đậm: màu đậm dần nhận thấy rõ từ 0 đến 20, 40 và đặc biệt là 60 kGy. Điều này có thể là do các tạp chất có khả năng bắt màu vẫn còn tồn
Hình 17. Các hạt chitosan khâu mạch bức xạ tạo được với các liều chiếu xạ khác nhau
43
tại trong nguyên liệu ban đầu. Hoặc cũng có thể liều chiếu cao đã gây ra những thay đổi nhất định trong cấu trúc phân tử chitosan. Giống như trường hợp chiếu xạ một
số sản phẩm nhựa, liều chiếu cao đã làm vật liệu bị chuyển sang màu vàng.
Nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của xử lý chiếu xạ đến cấu trúc hiển vi của các hạt tạo được cho thấy có sự khác biệt giữa hạt chitosan khâu mạch đạt được ở liều chiếu khác nhau, cũng như với hạt chitosan khâu mạch ion. Như có thể quan sát trên
b2)
Hình 18. Ảnh hiển vi điện tử quét của a) hạt chitosan khâu mạch ion, b) hạt khâu mạch bức xạ ở 20 kGy và c) 40 kGy: tại các độ phóng đại khác nhau
b1 b2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c1 c2
44
hình 18, ảnh hiển vi điện tử quét bề mặt (SEM) của hạt chitosan khâu mạch thể hiện cấu trúc sần sùi ở độ phóng đại thấp và có nhiều nếp cuộn đồng nhất hơn ở độ phóng đại cao. Rõ ràng là đã có sự thay đổi đáng kể trên bề mặt hạt, sự gia tăng các nếp cuộn gấp nghĩa là tăng diện tích bề mặt đạt được sau quá trình chiếu xạ. Kết quả này cho phép dự đoán khả năng hấp phụ của hạt chitosan khâu mạch bức xạ sẽ được cải thiện so với hạt chitosan khâu mạch ion thông thường.
3.3 Đặc trƣng của hạt chitosan khâu mạch bức xạ
Đối với nhiều loại polyme, chiếu xạ có thể đồng thời gây ra các hiệu ứng khâu mạch và cắt mạch phân tử. Mặc dù có bản chất “hướng phân hủy", việc bổ sung các chất khâu mạch đã giúp làm tăng hiệu ứng khâu mạch của chitosan. Các gốc tự do rất linh động hình thành do sự bẻ gãy các liên kết đôi trong phân tử chất khâu mạch TAIC có thể dễ dàng liên kết các
nhóm chức bị kích thích của chitosan trong quá trình chiếu xạ. Số lượng các liên kết khâu mạch này có thể tăng theo liều chiếu xạ, qua đó làm tăng tính bền cơ học cho hạt chitosan đạt được 32. Hiệu quả khâu mạch được thể hiện qua mức tạo gel không tan trong dung môi xác định. Độ bền của gel khâu mạch cũng có thể được đánh giá thông qua khả năng trương dung môi của vật liệu khâu mạch. Phầm trăm tạo gel và độ trương của gel khâu mạch được trình bày trên hình 19.
Kết quả cho thấy gel không tan đã hình thành sau quá trình khâu mạch ion của chitosan trong dung dịch chứa sTPP, mức tạo gel tăng cao và hạt chitosan khâu mạch gần như hoàn toàn đạt được đối với hạt chitosan chứa TAIC trong quá trình chiếu xạ. Trong khi, việc tăng liều chiếu xạ đã làm giảm đáng kể mức độ trương
Hình 19. Phần trăm tạo gel và độ trương nước của hạt chitosan khâu mạch theo liều chiếu xạ
◆
45
nước của gel khâu mạch. Điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của hạt chitosan trong môi trường chứa nước.