6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.4.2. Giới thiệu về cellulose acetate
Cellulose acetate (CA) là một trong những dẫn xuất quan trọng của cellulose (Hình 1.6), được điều chế ra đầu tiên vào năm 1865. Với những tính chất ưu điểm như dễ phân hủy sinh học, không độc, bền nhiệt [25], [73] nên CA được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như lớp phủ, dệt may, sản phẩm tiêu dùng, màng lọc, composite, thuốc và dược phẩm,…[29], [43], [120]. Năm 1865, Paul Schützenberger đã phát hiện ra cellulose phản ứng với acetic anhydride tạo ra cellulose acetate [251] (Hình 1.7). Phản ứng tổng hợp cellulose acetate từ cellulose được thực hiện trong quá trình hai bước acetyl hóa tiếp theo phản ứng thủy phân để tạo ra một CA với mức độ thay thế mong muốn.
Hình 1.6. Công thức cấu tạo của cellulose acetate
Độ thay thế (DS), là giá trị trung bình của nhóm hydroxyl được thay thế trong các đơn vị cellulose bởi nhóm acetyl, là một trong những yếu tố quan trọng nhất để đặc trưng cho cellulose acetate [53]. Ngoài ra, DS ảnh hưởng đáng kể đến độ kết tinh và độ hòa tan của polymer trong các dung môi khác nhau [70]. Độ hòa tan của cellulose acetate trong acetone, chloroform, dichloromethane và DMSO phụ thuộc vào DS [20]. Giá trị DS có thể thay đổi từ 0 trong trường hợp cellulose đến 3 trong
trường hợp cellulose triacetate (CTA) và cũng có thể là 2,0–2,5 khi cellulose diacetate được tạo thành [107]. Cellulose acetate với dải DS có giá trị từ 2,6÷3 có đặc tính nóng chảy tốt, khối lượng phân tử trung bình lớn, được ứng dụng sản xuất nhiều loại vật liệu như màng lọc, chất dẻo,… [27], [235].
Hình 1.7. Quá trình tạo cellulose acetate từ cellulose [251]
Năm 2000, Filho và cộng sự đã tổng hợp cellulose triacetate từ bã mía và đã nghiên cứu lưu lượng nước qua màng được điều chế từ vật liệu này [196]. Gần đây hơn, Cerqueira, Filho, và Meireles (2007) cũng báo cáo việc tối ưu hóa quá trình acetyl hóa bã mía bằng cách thay đổi thể tích acetic anhydride, acetic acid, chất xúc tác, thời gian phản ứng và hoạt hóa [34]. Ảnh hưởng của những yếu tố này lên độ nhớt thực và trọng lượng phân tử của acetate cũng đã được báo cáo.
Năm 2007, Viera và cộng sự đã có báo cáo tổng hợp cellulose acetate từ cellulose với hàm lượng lignin trong cellulose bã mía của họ là 3,84% [235]. Năm 2009, nhóm Shaikh và cộng sự đã báo cáo vai trò của lượng nhỏ hemicellulose còn lại trong cellulose tách từ bã mía như một chất làm dẻo cho màng cellulose acetate, làm giảm nhu cầu thêm chất làm dẻo bên ngoài [208]. Candido và cộng sự công bố rằng lignin và hemicellulose còn lại trong cellulose chiết được tương ứng là 5,05% và 7,90% không ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính của cellulose acetate và màng thu được [28]. Manjarrez Nevárez và cộng sự cũng báo cáo rằng lignin có chức năng như một chất tạo lỗ xốp để tăng độ xốp và tính ưa nước của cấu trúc nền cellulose triacetate [169]. Do đó, lượng nhỏ lignin còn lại trong cellulose acetate tổng hợp cũng có thể cải thiện độ xốp và tính ưa nước của vật liệu.
Celulose triacetate (CTA) có hai dạng tinh thể là CTA-I và CTA-II, CTA-I chỉ được tạo ra bằng phản ứng acetyl hóa dị thể từ cellulose I, trong khi CTA-II thu được từ quá trình acetyl hóa dị thể của cellulose II và sự acetyl hóa đồng thể của cellulose I tiếp theo sự kết tinh của CTA được tạo thành [119]. Cấu trúc tinh thể của CTA-I và CTA-II đã được nghiên cứu bằng kỹ thuật nhiễu xạ tia X (XRD), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).