Các kết quả quét nhiệt vi sai (DSC) và các nhiệt độ đặc trưng của từng mẫu vật liệu được thể hiện trong các hình và bảng dưới đây.
Hình 3.9. Đường DSC của mẫu vật liệu B1
46
Hình 3.11. Kết quả đo DSC của mẫu vật liệu B1M
47
Hình 3.13. Kết quả đo DSC của mẫu vật liệu B2E
48
Bảng 3.3. Nhiệt độ đặc trưng của các hiệu ứng nhiệt
Mẫu Nhiệt độ
chuyển thuỷ tinh Tg (0C) Nhiệt độ tái kết tinh Tc (0C) Nhiệt độ nóng chaỷ Tm (0C) B1 60.35 124.01 201.07 B1E -20.29 56.99 181.14 B1M _ 89.03 189.00 B2 16.91 63.46 206.56 B2E 19.01 82.45 178 B2M 15.14 82.08 169.03
Đường DSC của các mẫu vật liệu thể hiện trên hình 3.9 và 3.10 cho thấy, ngoại trừ mẫu B1M, khi nhiệt độ tăng đều từ -500C đến 2500C các mẫu vật liệu đều trải qua 3 quá trình chuyển pha bao gồm
- Chuyển pha thuỷ tinh: thể hiện bởi sự thay đổi đường nền hình chữ Z - Pha tái kết tinh: thể hiện bởi đỉnh toả nhiệt
- Pha nóng chảy: thể hiện bởi đỉnh thu nhiệt
(Các đỉnh thu nhiệt được quy định theo chiều đi xuống)
Đặc điểm này chứng tỏ, mẫu vật liệu có cấu trúc bán tinh thể (semi- crystalline). Nghĩa là, trong cấu trúc vật liệu tồn tại cả vùng có cấu trúc tinh thể-các phân tử được sắp xếp 1 cách có trật tự và vùng cấu trúc vô định hình- các phân tử sắp xếp một cách tự do, không trật tự.
Kết quả trong bảng 3.3 cho thấy, cả monomer cấy ghép và chất lỏng ion đều có thể ảnh hưởng tới các tính chất nhiệt của vật liệu thu được. Cụ thể, mẫu keratin tách chiết và mẫu keratin cấy ghép sử dụng cùng một dung môi hoà tan (ví dụ: B1và B1E, B1M; B2 và B2E, B2M) có sự khác biệt rõ rệt về các giá trị nhiệt chuyển pha
49
thuỷ tinh, nhiệt độ tái kết tinh và nhiệt độ nóng chảy. Mặt khác, trong cùng một điều kiện phản ứng, cùng cấy ghép một loại monomer, các giá trị nhiệt độ đặc trưng của các mẫu vật liệu sử dụng dung môi [BMIM]Cl và [BDIM]Cl là khác nhau. Ví dụ: giá trị Tg của mẫu B1E là -20,290C trong khi đó giá trị Tg của mẫu B2E 19,010C. Sự khác biệt này có thể là do ảnh hưởng của chất lỏng ion [BMIM]Cl, [BDIM]Cl tới quá trình cấy ghép monomer lên sợi keratin.
- Nhiệt chuyển pha thuỷ tinh (Tg)
Căn cứ vào các giá trị nhiệt chuyển pha thuỷ tinh xác định được từ đường cong DSC, tính chất của mẫu vật liệu xác định theo giá trị này được tóm tắt như sau:
+ Mẫu B1 : do giá trị Tg đạt 60,350C nên trong điều kiện môi trường, mẫu vật liệu cứng, giòn và tồn tại ở trạng thái thuỷ tinh.
+ Mẫu B1E: Tg=-20,290C. Vì vậy, trong điều kiện môi trường, mẫu vật liệu có tính chất mềm dẻo đặc trưng của cao su.
+ Các mẫu vật liệu B2 (Tg=16,910C), B2E (Tg=19,010C), B2M (Tg=15,140C): tính chất của các vật liệu này sẽ thay đổi từ tính chất mềm dẻo của vật liệu cao su sang tính giòn, cứng của thuỷ tinh hoặc ngược lại tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
+ Mẫu B1M: trong cấu trúc của mẫu, vùng vô định hình có thể không đáng kể so với vùng kết tinh, do đó không quan sát được sự chuyển pha thuỷ tinh trên đường cong DSC của mẫu.
- Nhiệt tái kết tinh (Tc):
So sánh nhiệt tái kết tinh của nhóm mẫu vật liệu B1, B1E và B1M và nhóm mẫu vật liệu B2, B2E và B2M nhận thấy có sự khác biệt giữa 2 nhóm mẫu trên về nhiệt độ tái kết tinh:
+ Nhóm mẫu B1, B1E và B1M: mẫu vật liệu cấy ghép B1E và B1M có nhiệt độ kết tinh thấp hơn mẫu keratin tách chiết B1.
50
+ Nhóm mẫu B2, B2E và B2M: mẫu vật liệu cấy ghép B2E và B2M có nhiệt độ kết tinh cao hơn so với mẫu keratin tách chiết B2.
Ngoài ra, kết hợp giá trị nhiệt độ tái kết tinh và nhiệt độ chuyển pha thuỷ tinh của các mẫu vật liệu nhận thấy, hầu hết các tính chất mềm dẻo của các mẫu vật liệu tồn tại trong khoảng giới hạn nhiệt độ tương đối rộng. Đối với nhóm mẫu B2, B2E và B2M, việc cấy ghép monomer làm tăng khoảng nhiệt độ mà tại đó vật liệu có tính chất mềm dẻo của vật liệu cao su: 16,91-63,460C đối mẫu keratin tách chiết B2, 19,01-82,450C và 15,41-82,08 đối với mẫu keratin cấy ghép B2E và B2M.
- Nhiệt độ nóng chảy (Tm)
Theo như kết quả phân tích DSC, tất cả các mẫu vật liệu thu được đều tồn tại giá trị nhiệt độ nóng chảy (Tm). Như vậy, các mẫu vật liệu này đều có thể tồn tại ở trạng thái mà tại đó mẫu vật liệu chỉ thay đổi tính chấy vật lý, không có sự thay đổi về tính chất hoá học và có thể tái tạo lại hình dạng mới. Đây chính là tính nhiệt dẻo của vật liệu, một đặc tính quan trong vật liệu polymer có thể được tái sử dụng. Thêm vào đó, nhiệt độ nóng chảy của các mẫu vật liệu keratin cấy ghép monomer đều thấp hơn so với các mẫu vật liệu keratin tách chiết:
+ B1E:1810C, B1M: 1890C, B2E: 1780C và B2M: 169,030C + B1: 201,70C, B2: 206,560C
Do cấu trúc của protein có thể bị phá huỷ ở khoảng 2000C nên giá trị nhiệt độ nóng chảy của các vật liệu keratin biến tính nên thấp hơn 2000C để tránh hiện tượng phá vỡ cấu trúc keratin của vật trong quá trình giá nhiệt, tái sử dụng. Từ kết quả trên cho thấy, phương pháp cấy ghép monomer EA và MMA lên sợi keratin đã đáp ứng được yêu cầu này. Trong đó các mẫu vật liệu cấy ghép sử dụng chất lỏng ion [BDIM]Cl làm dung môi cho nhiệt độ chảy mềm thấp hơn so với các mẫu vật liệu khác.
Ngoài ra, kết quả quét nhiệt vi sai trong các nghiên cứu biến tính keratin lông gà bằng phương pháp acetylen hoá hoặc cấy ghép monomer trong dung dịch đều cho thấy không quan sát được nhiệt độ nóng chảy của keratin chưa biến tính [9,12]. Tuy nhiên, các kết quả DSC trong luận văn này cho thấy keratin tách chiết từ lông
51
gà sử dụng chất lỏng ion làm dung môi hoà tan có nhiệt độ nóng chảy vào khoảng 2000C. Điều này chứng tỏ sử dụng chất lỏng ion có thể cải thiện tính chất nhiệt dẻo của keratin tách chiết từ lông gà.
Đối với các mẫu keratin cấy ghép, theo nghiên cứu của Narendra Reddy và cộng sự (2013), nhiệt độ nóng chảy của keratin cấy ghép EA và MMA trong dung dịch có tính acid lần lượt là 1700C và 1590C [26]. Trong một nghiên cứu khác, tác giả này và cộng sự nghiên cứu biến tính keratin bằng phương pháp cyanoethyl hoá. Kết quả cho thấy keratin biến tính bằng phương pháp này cũng có tính chất nhiệt dẻo với nhiệt độ nóng chảy là 1670C [25]. Như vậy, có thể cấy ghép monomer EA và MMA lên sợi keratin trong chất lỏng ion [BMIM]Cl hoặc [BDIM]Cl để chế tạo vật liệu nhựa nhiệt dẻo. Nhiệt độ nóng chảy của các mẫu vật liệu này nhìn chung tương đương với nhiệt độ nóng chảy của keratin biến tính trong các nghiên cứu trước đây.