Ảnh SEM của các composit được trình bày trên Hình 3.41.
Hình 3.41. Ảnh SEM của các composit HA/TBS
HS HS70
HS30
HS10 HS50
Mẫu composit điều chế bằng phương pháp trộn (HS) có các hạt HA hình trụ, kết tập thành từng khối với kích thước khác nhau, điều này có thể làm thay đổi đặc tính lý hóa và không cải thiện hoạt tính sinh học của vật liệu [121, 183].
Ở các mẫu composit tổng hợp bằng phương pháp kết tủa trực tiếp, các hạt HA phân bố khá đồng đều, nhất là ở các mẫu có hàm lượng tinh bột sắn cao như HS10, HS30. Khi hàm lượng tinh bột sắn tăng lên, hình thái học các mẫu biến đổi, kích thước hạt HA giảm. Ở mẫu HS70, hạt HA có dạng hình kim, biên hạt khá rõ, các hạt vẫn kết tập thành từng khối. Ở các mẫu HS50, HS30, hiện tượng kết tập giảm, chiều dài hạt HA cũng giảm đi. Đến mẫu HS10, không còn phân biệt các hạt HA riêng rẽ, các hạt có kích thước đồng đều. Điều này chứng tỏ, các hạt HA đã được bao phủ hoàn toàn trong nền tinh bột sắn với kích thước và độ tinh thể nhỏ đi. Ảnh TEM của mẫu HS50 cho thấy, các hạt HA hình que, dài 70 nm, đường kính 10 nm, các hạt kết dính với nhau bởi nền tinh bột sắn. Ở mẫu HS10, kích thước các hạt HA giảm xuống, dài 35 nm, đường kính 8-10 nm. Các hạt HA vẫn còn kết tập tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn.
Hình 3.42. Ảnh TEM của các composit HA/TBS
Việc phân tích kết quả SEM và TEM cho thấy, các mẫu composit được điều chế bằng phương pháp kết tủa trực tiếp có kết cấu đồng nhất, kích thước hạt HA giảm khi hàm lượng tinh bột sắn tăng lên. Như vậy, khả năng liên kết giữa các phân tử tinh bột sắn phân cực với các nhóm chức của HA đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành vật liệu composit [133, 176]. Tuy nhiên, hiện tượng kết tập giữa các hạt nano HA vẫn còn xảy ra.
3.3.3. Đặc trưng FT-IR
Phổ FT–IR của TBS, HA và composit HS50 được trình bày trên Hình 3.43.
Hình 3.43. Phổ FT-IR của TBS (a), HA (b) và composit HS50 (c)
Trong HA tinh khiết, các dải phổ ở 1094 đến 1034 và 566 cm-1 đặc trưng cho các dao động của nhóm PO43-, dải ở 3570 và 631 cm-1 gây ra bởi dao động của nhóm OH- [63, 171]. Trên phổ hồng ngoại của tinh bột sắn, các dải ở vùng 3700 đến 3300 cm-1 gây ra bởi dao động của nhóm OH, dải phổ ở 2929 cm-1 tương ứng với dao động của nhóm CH [73, 81]. Dải phổ ở 1641 cm-1
đặc trưng cho nước tự do [63, 170-173].
Trên phổ hồng ngoại của mẫu HS50 xuất hiện các dải phổ đặc trưng cho cấu trúc của HA và tinh bột sắn. Các dải ở vùng từ 3700 đến 3400 cm-1 được gán cho dao động của nhóm OH trong tinh bột sắn, HA và nước nhưng do tạo liên kết hydro nội và ngoại phân tử nên dải này trải rộng ra và không có các đỉnh sắc nét. Các dải phổ gây bởi dao động của nhóm PO43- tại 1094 và 1034 cm-1 chuyển về số sóng thấp hơn (1064 và 1029 cm-1). Các dải phổ đặc trưng cho dao động của nhóm -OH trong cấu trúc HA ở vị trí 3570 và 631 cm-1 không xuất hiện trong composit, có thể là do sự tạo liên kết hydro giữa các nhóm OH của HA và tinh bột sắn. Như vậy, sự thay đổi về vị trí các dải phổ đã chứng minh có tương tác giữa các nhóm chức của
HS50
HA TBS
HA và tinh bột sắn trong vật liệu composit tạo thành [175-179].
3.3.4. Đặc trưng nhiệt
Giản đồ DTA-TGA của mẫu composit HS50 được trình bày trên hình 3.44. Đường DTA có pic thu nhiệt yếu tại 75,21oC, tương ứng với quá trình mất nước tự do và hai pic tỏa nhiệt mạnh tại 320,15 và 362,13oC, tương ứng quá trình cháy của tinh bột sắn trong composit. Trên đường TGA, có thể nhận thấy quá trình giảm khối lượng của mẫu thể hiện qua ba giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất, từ nhiệt độ phòng đến khoảng 195oC tương ứng với pic thu nhiệt đầu tiên trên đường DTA, khối lượng giảm 8,034% do quá trình mất nước vật lý và hóa học. Giai đoạn thứ hai, từ 195 đến 405oC, khối lượng mẫu giảm 39,782%, tương ứng với hai pic tỏa nhiệt trên đường DTA trong quá trình cháy của tinh bột sắn. Giai đoạn cuối cùng từ 405 đến 800oC là giai đoạn cháy phần còn lại của tinh bột sắn và liên quan đến quá trình phân hủy cacbonat của HA (giảm 5,875%).
Hình 3.44. Giản đồ DTA-TGA của mẫu composit HS50
Hàm lượng tinh bột sắn ở mẫu HS50 được tính theo công thức 3.1 là 43,26%.
Nhận xét:
Các composit HA/TBS với hàm lượng HA khác nhau được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa trực tiếp. Trong vật liệu composit, HA tồn tại ở dạng đơn pha, kích thước nanomet, phân tán trong chất nền tinh bột sắn. Tuy nhiên vẫn còn xảy ra hiện tượng kết tập ở mẫu HS70 và HS50. Phổ FT-IR xác nhận có tương tác giữa
HA và chất nền tinh bột sắn. Khác với phương pháp trộn, phương pháp kết tủa trực tiếp tạo thành các composit có hình thái học đồng đều và biến đổi khi thay đổi tỉ lệ giữa HA và tinh bột sắn.