Kết quả thí nghiệm tách chiết keratin từ lơng gà cho thấy, keratin có thể được hồ tan trong chất lỏng ion [BMIM]Cl và [BDIM]Cl và các mẫu keratin thu hồi được ở các giai đoạn khác nhau có sự khác biệt về khả năng hồ tan trong butanol và nước:
Mẫu B1, B2: thu hồi được sau khi thêm butanol vào dung dịch keratin hoà tan. 2 mẫu vật liệu này không tan trong butanol.
Mẫu B1a, B2a: thu hồi từ dung dich sau lọc 1 (sau khi thu hồi mẫu B1, B2). 2 mẫu vật liệu này tan trong butanol, không tan trong nước.
Mẫu B1b, B2b: thu hồi bằng phương pháp đông khô dung dịch sau lọc 2 (sau khi thu hồi mẫu B1a, B2a). 2 mẫu vật liệu này tan trong nước.
Từ kết quả được biểu diễn trên hình 3.1 cho thấy, khối lượng các mẫu vật liệu thu hồi ở giai đoạn 2 (B1a, B2a) và giai đoạn 3 (B1b, B2b) là không đáng kể so với khối lượng mẫu vật liệu thu hồi trong giai đoạn 1(B1, B2). Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Kannappan Saravanan và cộng sự (2012) về tỉ lệ nhóm chức kị nước và nhóm chức ưa nước trong phân tử keratin. Theo nhóm tác giả nay, do trong phân tử keratin có chứa khoảng 60% các nhóm chức kị nước và 40% các nhóm chức ưa nước nên keratin có thể tan một phần trong nước và trong butanol.
Trong luận văn này, do keratin thu hồi được ở giai đoạn 1 là chủ yếu nên mẫu vật liệu B1, B2 được lựa chọn để tính tốn hiệu quả tách chiết và tiến hành các thí nghiệm khảo sát tính chất nhiệt.
Hiệu quả tách chiết keratin được tính tốn bởi cơng thức sau:
Trong đó
m1: Khối lượng mẫu vật liệu B1 hoặc B2 m: Khối lượng lông gà
Theo công thức trên, hiệu quả tách chiết keratin từ lông gà sử dụng chất lỏng ion [BMIM]Cl và [BDIM]Cl làm dung mơi hồ tan như sau:
- Trường hợp sử dụng dung môi [BMIM]Cl, hiệu quả tách chiết đạt 79,02% - Trường hợp sử dụng dung môi [BDIM]Cl, hiệu quả tách chiết đạt 47,17% So sánh với các kết quả nghiên cứu đã được công bố, sử dụng chất lỏng ion [BMIM]Cl và [BDIM]Cl làm dung mơi hồ tan trong quy trình tách chiết keratin nhìn chung cho hiệu quả tách chiết cao hơn so với chất lỏng ion 1-hydroxyethyl-3- methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfony) amide ([HOEMIm][NTf2]) và tương đương với chất lỏng ion [AMIM]Cl. Theo nghiên cứu của Wang và cộng sự (2012), keratin có thể được hồ tan trong dung mơi [HOEMIm][NTf2]. Tuy nhiên hiệu quả tách chiết chỉ đạt 21% với các điều kiện tối ưu như sau: tỉ lệ khối lượng giữa lông gà và chất lỏng ion là 1:40, thời gian hồ tan lơng gà trong chất lỏng ion là 4 giờ, nhiệt độ tối ưu là 800C. Trong một nghiên cứu khác, Azila Idris và cộng sự (2013) đã tiến hành thí nghiệm khảo sát sự hồ tan của keratin lơng gà trong 1 (g)
chất lỏng ion [AMIM]Cl ở 1300C trong 10 giờ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tỉ lệ khối lượng của lông gà và khối lượng chất lỏng ion là 1:2, hiệu quả tách chiết là cao nhất với 51% keratin được tách chiết so với khối lượng lông gà ban đầu [4].
Như vậy, từ kết quả thí nghiệm tách chiết keratin và so sánh với các kết quả đã được công bố, 2 chất lỏng ion [BMIM]Cl và [BDIM]Cl có thể sử dụng làm dung mơi hồ trong quy trình tách chiết keratin từ lơng gà với tỉ lệ khối lượng giữa lông gà và chất lỏng ion là 1:15, thời gian và nhiệt độ phản ứng là 24 giờ và 1200C. Trong đó, chất lỏng ion [BMIM]Cl cho hiệu quả tách chiết keratin cao hơn chất lỏng ion [BDIM]Cl. Từ kết quả tách chiết keratin trong lông gà, 2 dung môi [BMIM]Cl và [BDIM]Cl tiếp tục được sử dụng làm dung mơi hồ tan keratin lơng gà, đồng thời cũng là dung môi cho phản ứng cấy ghép monomer ethyl acrylate và methyl methacrylate lên sợi keratin lơng gà.
3.2. Kết quả thí nghiệm cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà
Theo các nghiên cứu của Ana Laura Martinez-Hernandez cùng cộng sự (2003) và Enqui Jin cùng cộng sự (2011), phương pháp cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà được thực hiện dựa trên phản ứng trao đổi gốc tự do. Trước tiên, các liên kết trong phân tử keratin bị suy yếu bởi các tác nhân có thể hồ tan keratin như axit mạnh hoặc bazơ mạnh.... Tại các vị trí liên kết này, diễn ra phản ứng trao đổi gốc tự do giữa gốc tự do được hình thành từ chất khơi mào hoặc hệ oxy hoá khử và phân tử keratin để hình thành gốc keratin tự do. Monomer sẽ được cấy ghép vào các gốc keratin tự do tạo nên polymer-keratin cấy ghép. Cũng theo các nghiên cứu này, vị trí cấy ghép của monomer lên sợi keratin là các liên kết -OH, -NH2, -COOH, -SH [4, 12]. Trong nghiên cứu này, tác nhân hoà tan keratin là chất lỏng ion [BMIM]Cl và [BDIM]Cl, chất khơi mào là AIBN. Phản ứng cấy ghép monomer lên sợi keratin lơng gà có thể xảy ra theo cơ chế được đề cập dưới đây:
Initiator 2R*
Keratin-S-S- Keratin + R* * Keratin -S* + R-S-Keratin Keratin-OH + R* Keratin-O* + R-H
Keratin -S* + M Graft-copolymer Keratin-O* + M Graft-copolymer R*: gốc tự do, M: monomer
Trong thí nghiệm này, các mẫu vật liệu được chia thành 4 nhóm dựa vào dung mơi hồ tan và loại monomer cấy ghép như sau:
- Nhóm 1. E: gồm các mẫu B1E, B1Ea, B1Eb - Nhóm 1. M: gồm các mẫu B1M, B1Ma, B1Mb - Nhóm 2. E: gồm các mẫu B2E, B2Ea, B2Eb - Nhóm 2. M: gồm các mẫu B2M, B2Ma, B2Mb Trong đó:
Chữ số 1: kí hiệu cho các mẫu vật liệu sử dụng dung mơi hồ tan [BMIM]Cl Chữ số 2: kí hiệu cho các mẫu vật liệu sử dung dung mơi hồ tan [BDIM]Cl E, M: kí hiệu cho monomer ethyl acrylate và methyl methacrylate
a, b: kí hiệu mẫu vật liệu thu được ở giai đoạn 2 và giai đoạn 3 của quy trình tách, thu hồi vật liệu.
Khối lượng các mẫu vật liệu được tổng hợp và so sánh trong bảng 3.2 và hình 3.2 dưới đây:
Bảng 3.2. Khối lượng các mẫu vật liệu thu được trong thí nghiệm cấy ghép monomer lên sợi keratin lơng gà
Mẫu B1E B1Ea B1Eb B1M B1Ma B1Mb
Khối lượng (g) 0.7566 0.0618 0.0407 1.2391 0.0958 0.0415
Mẫu B2E B2Ea B2Eb B2M B2Ma B2Mb
Khối lượng (g) 1.21 0.0234 0.0915 0.0608 0.1549 0.0880
Hình 3.2. Kết quả thí nghiệm cấy ghép monomer lên sợi keratin lơng gà Hình 3.2 cho thấy khối lượng các mẫu vật liệu thu được từ giai đoạn 2 và Hình 3.2 cho thấy khối lượng các mẫu vật liệu thu được từ giai đoạn 2 và giai đoạn 3 trong quy trình tách, thu hồi vật liệu là khơng đáng kể so với khối lượng các mẫu vật liệu thu hồi được trong giai đoạn 1. Từ kết quả này, các mẫu vật liệu B1E, B1M, B2E, B2M được lựa chọn để thực hiện các khảo sát về tính chất nhiệt và tính tốn hiệu quả thu hồi mẫu vật liệu cấy ghép.
Theo công thức trên, hiệu quả thu hồi các mẫu vật liệu trong thí nghiệm cấy ghép monomer EA và MMA lên sợi keratin lông gà trong chất lỏng ion [BMIM]Cl và [BDIM]Cl như sau:
B1E: 38% B1M: 62% B2E: 60% B2M: 30%
Như vậy, cấy ghép monomer MMA lên sợi keratin lông gà trong dung môi [BMIM]Cl cho hiệu quả cao hơn so với cấy ghép EA. Ngược lại, trong dung môi [BDIM]Cl, cấy ghép EA cho hiệu quả cao hơn so với MMA.
Theo nghiên cứu của Reddy và cộng sự (2013), sự khác nhau trong cấu trúc của monomer có thể dẫn đến sự khác nhau về hiệu quả cấy ghép monomer lên sợi keratin. Trong nghiên cứu này, các tác giả thực hiện phản ứng cấy ghép các monomer khác nhau lên keratin lông gà trong cùng một điều kiện phản ứng khối lượng lông gà. Với tỉ lệ khối lượng giữa monomer và lông gà là 20%, hiệu quả cấy ghép methacrylate (MA) đạt 67%, EA đạt 32% và MMA đạt 52% và methyl methacrylate (EMA) đạt 30% [26].
Trở lại với kết quả thí nghiệm cấy ghép monomer ở trên, khi so sánh kết quả này với kết quả tách chiết keratin từ lông gà nhận thấy, mặc dù sử dụng chất lỏng ion [BMIM]Cl làm dung mơi hồ tan cho hiệu quả tách chiết cao hơn so với sử dụng [BDIM]Cl, hiệu quả thu hồi các mẫu vật liệu khơng hồn tồn phụ thuộc vào khả năng hoà tan keratin của chất lỏng ion. Sự khác biệt này có thể do sự khác nhau về cấu trúc của monomer và khả năng trùng hợp của EA và MMA trong 2 chất lỏng ion [BMIM]Cl và [BDIM]Cl là khác nhau.