Chương 1 : TỔNG QUAN
b) Bảo vệ bằng lớp phủ
1.4. Giới thiệu chitosan pluronic F127 và nanô curcumin
1.4.1. Chitosan pluronic - F127
Chitin, poly (β-(1-4)-N-acetyl-D-glucosamine), là một polysacarit tự nhiên, loại polymer sinh học này được tổng hợp từ xác động vật (tơm hoặc cua) và có nhiều ứng dụng quan trọng [35]. Khi mức độ khử acetyl của chitin đạt khoảng 50%, thì nó có khả năng hịa tan trong mơi trường axít được gọi là chitosan. Khi ở trạng thái rắn, chitosan là một polymer bán kết tinh, độ kết tinh của chitosan phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp. Thêm vào đó, polymer này có các nhóm amin tích điện dương trong cấu trúc hóa học, giúp nó có thể tương tác với các chất nhầy tích điện âm, tạo ra tính chất dính [36]. Chitosan là loại polymer ưa nước, tương thích sinh học và phân hủy sinh học [37]. Cấu trúc của chitin và chitosan được mơ tả trong Hình 1.16.
Hình 1.16. Cấu trúc hóa học của chitin (a) và chitosan (b).
Pluronic - F127 (poloxamer 407) là một pluronic được quan tâm nhiều nhất. Nó là một triblock copolyme, chất hoạt động bề mặt khơng ion. Pluronic có dạng rắn trắng với khối lượng trung bình là 12600 g/mol. Copolyme khối này bao gồm các khối PO (ôxit propylen) kỵ nước được bao quanh bởi các khối EO (ôxit ethylen) ưa nước (PEO-PPO-PEO), chiếm tới 70% khối lượng phân tử của pluronic - F127 [38]. Bằng thực nghiệm cho thấy chitosan và poloxame có thể được sử dụng kết hợp cho việc điều chế các loại gel tạo hình tại chỗ, đã cải thiện được đặc điểm của một chất nhầy [39]. Thêm vào đó, pluronic - F127 lại dễ bị rửa trơi thì chitosan được sử dụng kết hợp để nâng cao thời gian tiếp xúc bề mặt. Hơn thế nữa, việc sử dụng hỗn hợp chitosan
20 pluronic - F127 còn tăng cường độ bền cơ học hơn so với khi dùng đơn chất chitosan hay pluronic - F127. Nên nhờ những tính chất riêng của hai loại chất này đã tạo ra hợp chất chitosan pluronic - F127 được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong y khoa (điều trị bỏng và dẫn truyền thuốc,…). Ngồi ra, sự có mặt của O và N đóng vai trị khá quan trọng trong ức chế ăn mòn do chúng tích điện âm nhiều. Chúng có thể cho nhận giữa cặp electron đơn của các nguyên tử N và O này với d-obitan còn trống của các nguyên tử là thành phần chính của kim loại nền. Từ đó, chitosan pluronic - F127 được dự đốn là một chất ức chế ăn mịn hiệu quả cho thép hoạt động trong dung dịch axít. Do đó, chitosan pluronic - F127 được tiến cử và sử dụng làm chất ức chế ăn mịn để bảo vệ thép cacbon trong mơi trường axít clohyđric 1 M trong đề tài này.
1.4.2. Nanô curcumin
Curcumin là thành phần chính của củ nghệ, có nguồn gốc từ giống cây Curcuma longa [40,41]. Loài cây này được trồng nhiều ở những quốc gia nhiệt đới. Từ lâu củ nghệ đã được sử dụng để làm gia vị chế biến thức ăn, thuốc nhuộm tự nhiên và là chất bổ sung chế độ ăn uống. Curcumin là một hợp chất tự nhiên kỵ nước. Nó bao gồm hai vịng phenolic, mỗi vịng được thay thế bằng nhóm methơxy ở vị trí ortho. Hai vịng phenolic được nối với nhau thơng qua một liên kết heptadine. Ở vị trí para của vịng thơm có chứa nhóm chức (OCH3) (như Hình 1.17). Tên gọi hóa học là [(E, E)-1,7- bis(4-hydrơxy-3-methơxyphenyl)-1,6-heptadine-3,5 dione], curcumin có khối lượng phân tử là 368,38 g/mol, nhiệt độ nóng chảy từ 179 đến 183 °C và cơng thức hóa học là C21H20O6 [42].
Hình 1.17. Cấu trúc hóa học của curcumin [43].
Curcumin thể hiện trạng thái “tautomer keto - enol” (trong hóa học hữu cơ đây là trạng thái cân bằng giữa dạng keton (keton hoặc andehyd) và enol (rượu)) phụ thuộc vào một số yếu tố như: tính chất của dung mơi, nhiệt độ,… [44]. Trong điều kiện axít thì dạng keton chiếm ưu thế hơn dẫn đến sự cho proton. Ngoài ra, curcumin được cơng nhận là an tồn (GRAS) bởi FDA Mỹ, FAO/WHO [45]. Điều này chứng tỏ
21 curcumin là một chất từ tự nhiên an tồn khơng chỉ đối với sức khỏe con người mà cịn đối với mơi trường. Chính vì vậy, đây cũng là một yếu tố để curcumin được chọn là chất hiệp trợ ức chế xanh dùng cho đề tài này. Đặc biệt, khi ở kích thước nanơ, thì curcumin có thêm tính chất như tăng diện tích tiếp xúc của curcumin với các hợp chất khác. Hơn thế nữa, phân tử curcumin, với sự kết hợp độc đáo của các gốc di-ketone khơng bão hịa và các nhóm cacbonyl, phenoly và hyđrơxyl, có khả năng tương tác trực tiếp và gián tiếp với nhiều phân tử khác [46,47]. Điều này làm cho nanơ curcumin có thể kết hợp với chitosan pluronic - F127 để đạt được hiệu suất ức chế ăn mòn cao. Dựa trên ý tưởng lấy chất nhầy là cơ sở để chọn chất ức chế ăn mịn để bảo vệ thép cacbon. Bởi vì, chất nhầy là một hydrogel nhớt và bao phủ trên bề mặt đường dẫn khí phổi, đường tiêu hóa, mắt,… nó bảo vệ biểu mơ dưới nó. Do đó chất nhầy rất quan trọng đối với sức khỏe con người. Chất nhầy hình thành các tương tác kết dính với các hạt thông qua tương tác tĩnh điện, lực Van der Waals,… tạo nên một lớp bảo vệ vững chắc để tránh các vi khuẩn có hại tấn cơng vào cơ thể [48]. Tương tự như vậy, chất ức chế ăn mòn cũng làm nhiệm vụ bảo vệ thép không bị phá hủy bởi dung dịch ăn mòn. Mà ở đây, chitosan pluronic - F127 là một copolyme khối, mang những đặc tính của một chất nhầy cơ bản. Khi sử dụng chitosan pluronic - F127 sẽ đạt được độ bền cơ học tốt, tính bám dính cao, khó bị rửa trơi. Nên việc sử dụng hợp chất này làm chất ức chế, sẽ hình thành một lớp màng bảo vệ được hấp phụ trên bề mặt kim loại, ngăn không cho các ion khử tấn công kim loại. Hơn thế nữa, như đã trình bày ở trên về những tính chất của curcumin đặc trưng là về khả năng tương tác khá tốt với các hợp chất. Đặc biệt, curcumin khi ở kích thước nanơ, sẽ làm tăng diện tích bề mặt để tiếp xúc tốt với các phân tử chitosan pluronic - F127 để lấp đầy các lỗ xốp mà chitosan pluronic - F127 vẫn chưa bao phủ hết bề mặt vật liệu. Thêm vào đó, chitosan pluronic - F127 và nanơ curcumin đều khơng độc hại, có nguồn gốc tự nhiên, nên sự kết hợp này thích hợp với việc lựa chọn chất ức chế xanh. Do đó, chitosan pluronic - F127 kết hợp nanô curcumin được chọn là chất ức chế ăn mịn để bảo vệ thép trong mơi trường axít clohyđric 1 M.
22