Luận án Nghiên cứu quy trình tổng hợp hạt nano bạc hình thành vật liệu nanocompozit bằng phương pháp khử hóa học ion Ag+ trong môi trường polyvinylancol (PVA)

h mẽ. Hình dạng, sự ổn định và sắp xếp của các hạt đã được chứng minh là có ảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác và vì thế cũng là đề tài của nhiều nghiên cứu hiện nay. Trong các ứng dụng cụ thể của hạt nano, hoạt tính xúc tác cần đến một chất nền phù hợp để ổn định, bảo vệ, ngăn ngừa sự kết tụ và có thể thu hồi lại. Hiện nay có nhiều sự quan tâm trong việc tìm kiếm các phương pháp có hiệu quả để chế tạo vật liệu xúc tác có hạt nano với các chất nền như các oxit vô cơ, nhôm, silica và titan, hay các polyme. 1.2.2.5. Chấm lượng tử Hầu hết các hiệu ứng điện tử quan trọng trong hạt nano bán dẫn là độ rộng của khe hở giữa trạng thái điện tử cao nhất (đỉnh vùng hóa trị) và trạng thái thấp nhất (đáy vùng dẫn). Sự hoạt động này theo sự giam cầm lượng tử do các hạt có đường kính nhỏ, mà ảnh -15- hưởng trực tiếp tới tính chất quang học của các hạt bán dẫn so với vật liệu khối. Năng lượng tối thiểu cần để gây ra một cặp hố điện tử (electron – hole pair) trong hạt nano bán dẫn được quyết định bởi khe dải (Band gap Eg). Ánh sáng với năng lượng thấp hơn Eg không thể bị hấp thu bởi hạt nano, sự hấp thu ánh sáng cũng phụ thuộc vào kích thước hạt. Khi kích thước hạt giảm phổ hấp thụ đối với những hạt nhỏ hơn được dịch chuyển về bước sóng ngắn. 1.2.2.6. Plasmons: Các hạt nano kim loại có thể có phổ hấp thụ với đỉnh hấp thụ giống với của các hạt nano bán dẫn. Tuy nhiên, sự hấp thụ này không bắt nguồn từ sự chuyển tiếp các trạng thái năng lượng điện tử, thay vào đó hạt ở nano kim loại là phương thức tập hợp của các di chuyển đám mây điện tử bị kích thích. Dưới tác động của điện trường, có sự kích thích plasmon các electron tại bề mặt các hạt. Sự cộng hưởng này xảy ra tại tần số của ánh sáng tới và kết quả là sự hấp thụ quang học. Hiện tượng này gọi là bề mặt plasmon (surfae plasmon), hay hấp thụ cộng hưởng plasma (plasma resonance absorption), hay vùng bề mặt plasmon (localized surface plasmons). Khi kích thước hạt giảm, các electron tự do bắt đầu tương tác với ranh giới của các hạt. Khi các hạt nano kim loại bị tác động bởi ánh sáng, điện trường của ánh sáng tới gây ra sự dao động mạnh của các điện tử tự do (các electron dẫn) (hình 1.3). Đối với các hạt nano có kích thước nhỏ hơn đáng kể so với bước sóng của ánh sáng, sự hấp thụ xảy ra trong phạm vi bước sóng hẹp, dải plasmon. Độ rộng, vị trí, và cường độ của sự tương tác plasmon biểu lộ bởi hạt nano phụ thuộc: - Hằng số điện môi của kim loại và vật liệu nền. - Kích thước và hình dạng hạt. - Sự tương tác giữa các hạt và chất nền. - Sự phân bố của các hạt trong chất nền. -16- Hình 1.3: Sự dao động plasmon của các hạt hình cầu dưới tác động của điện trường ánh sáng. Do ảnh hưởng của các tác yếu tố trên nên một số tính chất mong muốn của vật liệu có thể được điều khiển. Các kim loại khác nhau sẽ có sự tương tác tương ứng vì thế mầu sắc sẽ khác nhau. Sự triệt tiêu của ánh sáng bởi hạt nano kim loại xảy ra theo cả cơ chế phân tán và hấp thụ nhưng cơ chế hấp thụ xảy ra rõ hơn nhiều với hạt có kích thước nhỏ hơn 20nm. Các hạt nano thường được biết đến với sự tạo hỗn hợp với thủy tinh hay cao su, thể hiện ra như màu đỏ của Au hay vàng của Ag. Ngày nay hầu hết việc nghiên cứu và sử dụng đều tập trung vào nano Au và nano Ag, bởi chúng thể hiện rõ ràng nhất hiệu ứng plasmon, và cả hai cùng có phổ hấp thụ trong vùng nhìn thấy. Tăng kích thước hạt, hay tăng hằng số điện môi của dung dịch, nguyên nhân của dịch chuyển đỏ (red shift) của sự hấp thụ plasmon. Vị trí của đỉnh hấp thụ trong chấm lượng tử được dịch chuyển khá rõ khi chỉ thay đổi một thông số đường kính ở phạm vi nano. Đối với hạt nano kim loại sự dịch chuyển vị trí của các đỉnh là rất nhỏ với các hạt kích thước bé (<25nm trường hợp Au). Đối với hạt lớn hơn (>25nm trường hợp Au) sự dịch chuyển đỏ của vị trí cộng hưởng plasmon là đáng kể hơn. Hình 1.4: thể hiện sự ảnh hưởng đường kính của hạt nano Au tới vị trí đỉnh hấp thụ công hưởng plasmon. Nếu các hạt có hình dạng méo mó, khi đó dải plasmon tách ra theo các cách khác nhau tương ứng với cách thức dao động của sự dao động các electron. -17- Chẳng hạn, với các hạt nano hình que (nanorod – shaped), dải plasmon phân tách thành hai dải tương ứng sự dao động của các electron tự do theo chiều dọc (longitudinal) và ngang (transverse). Sự cộng hưởng theo chiều dọc giống với các hạt hình cầu, theo cách thức dịch chuyển đỏ. Hình 1.4: Sự thay đổi phổ UV – Vis của các hạt có kích thước khác nhau Hình 1.5: Phổ UV – Vis của hạt que nano -18- Các hạt nano kim loại được dùng cho các ứng dụng thuộc quang học và lượng tử, chúng thường được cho vào trong vật liệu nền thích hợp như polyme hay thủy tinh. Sự kết hợp hạt nano kim loại vào các chất nền quang học cho phép xây dựng các thiết bị để sử dụng các tính chất thuận lợi của chúng. Vật liệu nền không chỉ giúp hình thành cấu trúc của sản phẩm mà còn có vai trò bảo vệ và ngăn ngừa sự kết tụ lại của các hạt. 1.2.3.Tổng hợp hạt nano bạc 1.2.3.1. Nguyên tắc chung tổng hợp hạt nano kim loại [2] Xét một cách tổng thể có hai phương pháp chung để chế tạo hạt nano kim loại: Phương pháp từ trên xuống (top – down) và phương pháp từ dưới lên ( bottom – up). Phương pháp từ trên xuống (top – down): Trong phương pháp này sử dụng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến khối vật liệu có kích thước lớn tạo ra các vật liệu có kích thước nano mét. Ưu điểm của phương pháp này đơn giản, khá hiệu quả, có thể chế một lượng lớn nano khi cần. Tuy nhiên phương pháp này tạo ra vật liệu có tính đồng nhất không cao, cũng như tốn nhiều năng lượng, trang thiết bị phức tạp. Chính vì thế, phương pháp này ít được sử dụng trong thực tế. Phương pháp từ dưới lên ( bottom – up): Đây là phương pháp phổ biến hiện nay để chế tạo hạt nano kim loại. Nguyên lý phương pháp này dựa trên việc hình thành các hạt nano kim loại từ các nguyên tử hay ion. Các nguyên tử hay ion được xử lý bằng các tác nhân vật lý, hóa học sẽ kết hợp với nhau tạo thành các hạt kim loại có kích thước nano mét. Ưu điểm của phương pháp này: tiện lợi, các hạt tạo ra có kích thước nhỏ và đồng đều. Đồng thời, trang thiết bị phục vụ cho phương pháp này rất đơn giản. Tuy vậy, phương này khi có yêu cầu điều chế một lượng lớn vật liệu nano sẽ rất khó khăn và tốn kém. 1.2.3.2. Một số phương pháp điều chế hạt nano bạc Phương pháp ăn mòn laser: Phương pháp này là phương pháp từ trên xuống [11]. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm Laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là -19- 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến 0,1M. Phương pháp khử hóa học : - Trong phương pháp này, sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion bạc tạo thành các hạt nano kim loại. Nguyên lý cơ bản của phương pháp khử hóa học được thể hiện: Ag+ + X Ago nano Ag - Ion Ag+ dưới tác dụng của chất khử X tạo ra nuyên tử Ago. Sau đó, các nguyên tử này kết hợp với nhau tạo thành các hạt Ag có kích thước nano[4]. - Các tác nhân hóa học có thể sử dụng là: NaBH4 [12], natri citrat [13], hydro [14,15], hydroxylamine [ 16], hydrazine [17], formaldehyd và các dẫn xuất của nó [18], EDTA [19] và các mono sacharides [11]. Mỗi phương pháp khử để điều chế hạt nanobạc sẽ ứng với mỗi loại hóa chất. Mỗi phương pháp đều có cơ chế cụ thể của phương pháp đó tương ứng với tác nhân khử cụ thể. - Để lựa chọn được một hóa chất phù hợp tùy thuộc vào tính kinh tế, yêu cầu của quá trình điều chế cũng như chất lượng của hạt nano vì mỗi loại hóa chất sẽ tạo ra một cỡ hạt khác nhau. Đồng thời, mỗi loại hóa chất cũng cho tính bền vững của dung dịch các hạt nano Ag khác nhau và khả năng đưa nano bạc từ dung dịch nano tạo bởi các hóa chất này tùy thuộc vào sản phẩm ta cần ứng dụng. Do đó, khi tiến hành điều chế các hạt nano bạc cần chọn thật kỹ hóa chất sử dụng. Phương pháp vật lý: Đây là phương pháp sử dụng các tác nhân vật lí như điện tử [20], sóng điện từ như tia UV [21], gamma [22], tia laser khử ion bạc thành hạt nano bạc. Ag+ hν Ago Dưới tác dụng của tác nhân vật lý có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các chất phụ gia trong dung môi sẽ sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion bạc thành bạc kim loại để chúng kết tụ tạo thành các hạt nano bạc. -20- Một ví dụ sử dụng phương pháp vật lý để chế tạo hạt nano bạc là dung tia laser xung có bước sóng 500nm, độ dài xung 6sn, tần số 10 Hz, công suất 12 -14mJ [23], chiếu vào dung dịch AgNO3 như là nguồn kim loại và sodium dodecyl sulfate (SDS) như chất hoạt hóa bề mặt để thu được hạt nano bạc. Phương pháp hóa lý: Phương pháp này là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lí. Nguyên lí là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [10]. Lò vi sóng là một thiết bị gia nhiệt nó cung cấp một lượng nhiệt ổn định và gia nhiệt đồng đều. Sử dụng lò vi sóng tiến hành khử ion Ag+ thành Ago theo quy trình polyol để tạo thành hạt nano bạc. Trong phương pháp này, muối bạc và chất khử êm dịu có tác dụng trợ giúp cho quá trình khử Ag+ về Ago như: C2H5OH, HCHO… Dưới tác dụng của vi sóng các phân tử có cực như các phân tử Ag+ và các chất trợ khử sẽ nóng lên và chuyển động rất nhanh, nhiệt được cấp đều cho toàn dung dịch. Do vậy, mà quá trình khử bạc sẽ diễn ra nhanh chóng và êm dịu hơn các phương pháp khác [26]. Phương pháp sinh học: Phương pháp này sử dụng các tác nhân như vi rút, vi khuẩn có khả năng khử ion bạc tạo nguyên tử bạc kim loại [25]. Dưới tác dụng của vi khuẩn, vi rút thì ion bạc sẽ chuyển thành nguyên tử hạt nano bạc kim loại. Ag+ bidogcal Ago Các tác nhân sinh học thường là: các vi khuẩn MKY3 [24], các loại nấm Verticillium [27]…. Phương pháp này đơn giản, thân thiệt với môi trường có thể tạo ra hạt khoảng 2 – 5 nm. -21- 1.2.4. Hiệu ứng diệt khuẩn của hạt nano bạc 1.2.4.1. Vi khuẩn Vi khuẩn là sinh vật có kích thước bé nhỏ tồn tại ở dạng đơn bào cấu tạo gồm lớp màng ở bên ngoài và bên trong là AND [27]. Có hai nhóm vi khuẩn chính: vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm. Chúng khác nhau và được phân biệt chủ yếu dựa vào màng tế bào. Trong đó, thành tế bào của vi khuẩn gram dương có mật độ cấu trúc dày và bao bọc lấy lớp màng kép. Còn đối với vi khuẩn gram âm thì mật độ cấu trúc rất mỏng và được bao bọc bởi hai lớp màng kép. Vi khuẩn trao đổi chất tác động qua lại với môi trường xung quanh nhờ protein có ở bên trên lớp màng. Mỗi loại protein có một chức năng riêng. Chúng có thể là các kênh trao đổi ion với môi trường trong và ngoài cơ thể. Chúng có thể đóng vai trò vận chuyển cơ chất vào trong cơ thể nhờ năng lượng lấy từ ATP. 1.2.4.2. Cơ chế diệt khuẩn của ion bạc Tác dụng diệt khuẩn của ion bạc được thể hiện ở chỗ ion bạc có khả năng biến đổi cấu trúc tế bào. Các ion bạc sẽ kết hợp và tác dụng với nhóm sulfate của enzym có trong màng tế bào và làm biến đổi hình thái của màng dẫn đến việc cố định enzym từ đó gây tổn thương cho màng tế bào của vi khuẩn giúp ion bạc xâm nhập vào trong cơ thể của vi khuẩn dễ hơn. Bên trong cơ thể của vi khuẩn các hạt ion bạc sẽ tiếp tục tác dụng với các bộ phận khác của tế bào bằng việc tác dụng với nhóm sulfate và các vị trí hoạt động của enzym. Chính sự tương tác đó là nguyên nhân để khử hoạt tính của enzyme dẫn đến giết dần vi khuẩn [27] Ngoài ra, ion bạc còn có khả năng tác động đến nhóm phophorus của phân tử trong tế bào. Ion bạc tác dụng với AND làm cho vi khuẩn không thể tái tạo mARN để sao chép tạo các protein mới. Biến đổi đó sẽ làm cho vi khuẩn phát triển chậm và cuối cùng sẽ bị tiêu diệt [27]. 1.2.4.3. Cơ chế diệt khuẩn của hạt nano bạc Các hạt nano bạc có kích thước từ 1 – 10nm thì thể hiện tác động rất mạnh đối với vi khuẩn. Do ở kích thước nhỏ thì khả năng tác động và thâm nhập của hạt nano bạc qua -22- lớp màng của vi khuẩn là rất tốt. Vì thế, tác dụng diệt khuẩn ở bên trong cơ thể vi khuẩn là rất hiệu quả. Đồng thời, ở kích thước nano thì diện tích bề mặt của hạt nano là lớn hơn rất nhiều so với khối hạt của nó. Cho nên khả năng tương tác với vi khuẩn thông qua việc tiếp xúc bề mặt tăng lên. Nếu kích thước của hạt nano bạc càng nhỏ thì càng tốt. Bởi vì, kích thước càng nhỏ thì đặc tính diệt khuẩn đã nêu trên là rất lớn [27]. Khi các hạt nano kim loại ở kích thước 5nm chúng sẽ có khả năng gây nên các hiệu ứng điện tử tức là sự biến đổi cấu trong trúc điện tử của bề mặt. Do đó, khả năng hoạt động của bề mặt hạt nano phân tử được tăng cường mạnh mẽ. Kích thước hạt nano giảm thì phần trăm tiếp xúc của các phân tử tương tác tăng lên [27]. Các hạt nano bạc thường có dạng hình khối, số lượng các mặt hình khối cho thấy khả năng tác dụng với vi khuẩn ở mức độ cao hay thấp. Số lượng mặt càng nhiều thì khả năng diệt khuẩn càng cao. Đồng thời, trong quá trình sử dụng hạt nano bạc thường ở trong dung dịch phân tán. Nơi mà một lượng nhỏ ion bạc đã được che dấu và đóng góp một phần cho khả năng diệt khuẩn của phân tử nano bạc [27]. Chưa có một nghiên cứu nào chứng minh có sự vận chuyển của hạt nano bạc qua màng protein. Tuy nhiên, đã có những dẫn chứng cho thấy các hạt nano bạc đã đi vào bên trong tế bào và điều này cho thấy chúng đã tương tác với màng protein. Mặc dù, người ta vẫn chưa tìm ra luận điểm xác thực đầy đủ và hợp lý để giải thích hiện tượng này. Tuy nhiên, từ những kết quả thực nghiệm của hàng loạt các công trình nghiên cứu đã cho thấy được hiệu quả diệt khuẩn của các hạt nano bạc là phụ thuộc rất nhiều vào kích thước của nó [27]. 1.2.4.4. Ảnh hưởng của hạt nano bạc đến sức khỏe con người Nano bạc được đưa vào sử dụng với mục đích kháng khuẩn và ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn. Điều đó nói lên mối quan hệ của nano bạc và con người. Một nghiên cứu của trường đại học y khoa ODENSE cho thấy nano bạc không có tương tác mạnh với cơ thể con người và cũng không là tác nhân gây độc. Chính vì vậy, nano bạc không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và được xem là vô hại [27]. -23- Thông qua các nghiên cứu ít ỏi chưa thể đánh giá hết tác động của các hạt nano bạc đối với sức khỏe con người. Tuy nhiên, có thể khẳng định nano bạc là tác nhân góp phần làm trong sạch môi trường, không phải là chất độc hại với cơ thể con người [27]. 1.2.5. Ứng dụng của hạt nano bạc trong đời sống Hiện nay, trên thị trường đã có rất nhiều các loại sản phẩm nano bạc bày bán như: tủ lạnh nano bạc diệt khuẩn, bình sữa nano, khẩu trang nano bạc, đệm cao su nano bạc, kem đánh răng nano bạc… Các sản phẩm này đã cho thấy ứng dụng rộng rãi của nano bạc trong thực tế. Ngoài ra, còn một số ứng dụng quan trọng thể hiện được tiềm năng của nó. 1.2.5.1. Ứng dụng của hạt nano bạc trong xúc tác Nano bạc với diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt cao rất hữu ích cho việc làm xúc tác. Khi được làm xúc tác thì các hạt nano được phủ lên các chất mang như silica phẳng, … chúng có tác dụng giữ cho các hạt nano bạc bám trên các chất mang. Đồng thời, có thể làm tăng độ bền, tăng tính chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác khỏi quá nhiệt cũng như kết khối cục bộ giúp kéo dài thời gian hoạt động của chất xúc tác. Ngoài ra, hoạt tính xúc tác có thể điều khiển bằng kích thước của các hạt nano bạc dùng làm xúc tác [27]. Xúc tác nano bạc được ứng dụng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa ethylen thành ethylen oxit [26,27] dùng cho các phản ứng khử các hợp chất nitro , làm chất phụ gia cải tiến khả năng xử lý NO và khí CO của xúc tác FCC. Ngoài ra, xúc tác nano bạc còn dùng làm xúc tác trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằng NaBH4… 1.2.5.2. Ứng dụng của hạt nano bạc trên PU trong xử lý nước thải Thông thường, xử lý nguồn nước dùng các tác nhân hóa học như: clo, các dẫn xuất của nó, idod. Các tác nhân vật lý: tia UV, bức xạ hoặc các chất khác như các màng zeolit, polyme, ion kim loại… có khả năng diệt khuẩn. Bên cạnh đó, việc sử dụng các hạt nano kim loại trong lĩnh vực này cũng là hướng đi mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng lớn. Hạt nano bạc được biết đến với tính năng diệt khuẩn cao, không độc hại với con người. Hiện nay, người ta sử dụng PU có bao phủ bạc tạo ra loại màng lọc nước có tính năng diệt khuẩn cao. -24- 1.2.5.3. Ứng dụng của nano bạc trong ngành dệt may Trong thời gian dài, ngành công nghiệp dệt may sử dụng các hợp chất như : CuSO4, ZnSO4,… đưa vào trong vải tạo ra các sản phẩm sạch có khả năng diệt khuẩn. Tuy nhiên, các tác nhân trên không thể đáp ứng được yêu cầu cơ bản trong việc diệt khuẩn. Chính vì thế, việc làm ra các tác nhân mới đáp ứng nhu cầu thực tế là rất cấp thiết. Như đã được biết đến, hạt nano bạc có tính năng diệt khuẩn từ 98 – 99%. Nên khi đưa nano bạc vào xơ sợi thì các hạt nano bạc bám dính phân tán và cũng không gây tác hại cho da và có khả năng diệt khuẩn rất cao. Hiện nay, Nano bạc đã được đưa vào xơ sợi của ngành công nghiệp dệt may như: cotton, polyeste, polyeste/cotton, PP/PE, PAN, Polyamid, len, Silk và Nylon [44]…Trong số các loại thì vải cotton là được chú ý nhiều nhất vì nó gần gũi với đời sống con người và các điều kiện để chế tạo cũng không quá khắc nghiệt [28]. Nano bạc ứng dụng trong các sản phẩm dệt may được sử dụng có tính sát khuẩn cao: quần áo, găng tay dùng trong y tế và các sản phẩm tránh mùi hôi. 1.3. Tổng quan về PVA Polyvinylancol (PVA), được tổng hợp đầu tiên ở Đức năm 1925, được đưa ra thị trường ở Mỹ năm 1939 bởi công ty Du Pont. Sự kết hợp các thuộc tính chỉ có ở PVA khiến chúng trở thành một trong những loại nhựa tan trong nước đa dạng nhất sẵn có cho công nghiệp. Polymer này không thể tổng hợp trực tiếp từ monomer vì vinyl ancol không bền và không thể phân lập. Vì vậy, nó được tạo ra từ quá trình thủy phân polyvinyl axetat. Cũng giống như dẫn xuất xenlulozơ được đặc trưng bởi DS và DP khác nhau, một loạt các hợp chất PVA có thành phần khác nhau có thể được tổng hợp nhờ thay đổi mức độ thủy phân (mức độ thế, DS), và khối lượng phân tử (độ trùng hợp, DP) của vật liệu polyvinyl axetat ban đầu. -25- 1.3.1. Công thức [8] Công thức cấu tạo Công thức phân tử: CH2CHOH(CH2CHOH)n 1.3.2. Tính chất [7] Tất cả các PVA được thủy phân một phần và hoàn toàn đều có nhiều tính chất thông dụng, làm cho polymer có giá trị cho nhiều ngành công nghiệp. Các tính chất quan trọng nhất là khả năng hòa tan trong nước, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, chất lượng kết dính tuyệt vời và khả năng hoạt động như một tác nhân phân tán, ổn định. Tóm tắt các tính chất của PVA (đặc trưng bởi loại Elvanol) trình bày trong bảng sau: Bảng 1.2: Tính chất của PVA Dạng Bột Màu sắc Trắng tới kem Tỉ trọng riêng, g/cm3 1.27 – 1.31 Thể tích riêng, in3/lb 22.9 – 21.1 Chỉ số khúc xạ, nD25 1.49 – 1.53 Độ dãn dài, mãng đã dẻo hóa % Dưới 600 Độ bền kéo, khô, chưa dẻo hóa, psi Dưới 22 000 Độ cứng, độ dẻo hóa, Shore 10 – 100 -26- Nhiệt độ hàn gắn nhiệt, khô, chưa dẻo hóa, 0C 165 – 210 Nhiệt độ đúc ép, độ dẻo hóa, 0C 100 – 150 Độ bền nhiệt, trên 1000C Trên 1500C Trên 2000C Làm thẫm màu chậm Làm thẫm màu nhanh Phân hủy Độ bền bảo quản (một vài năm) Không gây hỏng Hệ số giãn nở nhiệt, 0 – 450C 7x10-5 – 12x10-5 Nhiệt dung riêng, cal/g/0C 0.4 Tính bắt cháy Cháy với tốc độ của giấy Ảnh hưởng của ánh sáng Không ảnh hưởng Ảnh hưởng của axit mạnh Hòa tan hoặc phân hủy Ảnh hưởng của kiềm mạnh Chảy mềm hoặc hòa tan Ảnh hưởng của axit yếu Chảy mềm hoặc hòa tan Ảnh hưởng của kiềm yếu Chảy mềm hoặc hòa tan Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ Không ảnh hưởng Khi đun sôi trong dung dịch nước, PVA sẽ tách ra khỏi nước và kết tủa. Tính chất phụ thuộc vào độ polyme hóa và mức độ thủy phân polyvinyl acetate như độ tan trong nước tăng khi khối lượng phân tử giảm. PVA chứa mức acetat thấp thì không thể tan ở hầu hết các nhiệt độ hoặc ở nhiệt độ thường như: xăng, xylen, ete… -27- 1.3.3. Điều chế PVA được điều chế bằng phản ứng xà phòng hóa polyvinyl ester: nCH CH2 O CO CH3 CH CH2 O CO CH3 n H2O CH OH CH2 n 1.3.4. Ứng dụng Dùng làm chất kết dính binder, mực in, bột phủ, chất gắn kết trong bột ceramic hoặc bột kim loại, chất chống lắng… 1.3.5. Tác dụng của PVA trong điều chế hạt nano bạc Trong quá trình điều chế hạt nano bạc, để tạo ra các hạt nano bạc có kích nhỏ. Phương pháp thông thường nhất là sử dụng chất ổn định bao bên ngoài hạt nano bạc nhằm tránh sự tiếp xúc của các hạt nano và gây hiện tượng kết tụ giữa các hạt nano bạc với nhau [27] và PVA đóng vai trò là chất ổn định hạt nano bạc tốt. 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.4.1. Trong nước Nghiên cứu và triển khai ứng dụng vật liệu compozit trên cơ sở vật liệu Nanoclay biến tính (vật liệu polymer – nanocompozit) - Nguyễn Hữu Niếu, Phạm Quang Hiển, Đỗ thành Thành Thanh Sơn - Khoa Công Nghệ Vật liệu – Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh (2007). Chế tạo Nano bạc bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma và ứng dụng chế tạo chai xịt khử mùi hôi nách – Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ thành phố Hồ Chí Minh (2007). Chế tạo Nano bạc bằng phương pháp hóa ướt ứng dụng diệt khuẩn E. Coli – Trung tâm vật liệu đại học khoa học tự nhiên – đại học quốc gia Hà Nội (2008). Vinyl acetat Polyvinyl acetat PVA -28- Điều chế hạt nano Ag trong các nền polyme như PVP bằng bức xạ, nền cao su thiên nhiên bằng phương pháp khử hóa học, hay nền vải cotton - TS Nguyễn Thị Phương Phong tại phòng thí nghiệm nano Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh cùng các công sự đã thực hiện. Các kết quả thực hiện từ các đề tài này đều cho kết quả tốt (2008). 1.4.2. Ngoài nước Năm 1999, Kan Sen Chou cùng cộng sự tại Khoa công nghệ hóa học trường đại học Tsing Hua – Đài Loan với đề tài “Tổng hợp Ag/PVA, PVP nanocompozit bằng phương pháp khử hóa học” với nội dung và kết quả: Nội dung: Tổng hợp nano Ag bằng phương pháp khử với tác nhân là formaldehyt trong dung dịch muối AgNO3, môi trường PVP và PVA, Khảo sát ảnh hưởng của môi trường bazơ và tỉ lệ các chất quá trình tổng hợp, xác định cấu trúc của nano Ag, Xác định kích thước nano Ag bằng TEM. Kết Quả: - Sử dụng nồng độ AgNO3 = 0.01M, Tỉ lệ các chất cho quá trình tổng hợp là: ƒ [formaldehyt]/[ AgNO3]=4, [NaOH]/ [ AgNO3]=1, [Na2CO3]/[Ag]=1 ƒ PVP/Ag = 9,27 ; PVA/Ag = 3,37. - XRD cho biết cấu trúc của nano Ag là cubic - TEM cho thấy kích thước của nano Ag từ 7 – 20nm. Năm 2004, N. V. Serebryakova tại Học Viện hóa lý, Viện khoa học Nga, Leninskii pr. 31, Matxcova, Nga với đề tài “Các phương thức hình thành hạt nano Ag trong dung dịch polymer “ có nội dung và đạt được các kết quả: - Nội dung: Tổng hợp nano Ag bằng các phương pháp khử hóa học trong PVA có khối lượng phân tử khác nhau, xác định tính chất quang học của vật liệu, theo dõi hình thái của của nano Ag trên ảnh TEM. -29- - Kết quả: Có hai hình thức thành lập nano Ag, một có kích thước ổn định theo thời gian, và hình thức còn lại kích thước lớn dần theo thời gian. Với PVA (MW 22000) các hạt nano Ag được hình thành có kích thước ổn định, sự phân bố cao nhất ở kích thước 7,4 nm, sự hấp thụ đặc trưng ở bước sóng 412nm. Còn với PVA có MW (72000, 145000) sự hình thành hạt nano Ag là không đều và không ổn định, theo thời gian kích thước hạt lớn dần và có sự gia tăng bươc sóng hấp thụ. Năm 2005, Noritsugu Kometani cùng cộng sự tại Khoa Hóa, Đại Học Osaka, Osaka, Nhật Bản với đề tài “Tổng hợp Nano Ag Bằng phương pháp khử nhiệt“ với nội dung và kết quả: Nội dung: Tổng hợp nano Ag với PVP như là tác nhân bảo vệ và tác nhân khử, áp suất thực hiện phản ứng 40Mpa, ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả: - Ở nhiệt độ 250oC: hạt nano tạo ra có kích thước nhỏ hơn 50nm, cường độ hấp thụ lớn nhất ở 400nm. - Ở nhiệt độ 300 - 350oC: hạt nano tạo ra có kích thước nhỏ hơn 30nm, cường độ hấp thụ gia tăng lên tới 500nm. Năm (2006), Deng Yan cùng các cộng sự tại Viện khoa học vật liệu nano, Trung Quốc với đề tài “Tính chất quang học của màng polymer nanocompozit Ag/PMMA“ có nội dung và đạt được các kết quả: - Nội dung: Tổng hợp nanocompozit Ag/PMMA bằng phương pháp in-situ - Kết quả: Nanocompozit có sự gia tăng của cường độ hấp thu khi có mặt Nano Ag tới bước sóng 532nm. Năm 2007, Radhakrishnan cùng cộng sự tại Khoa Hóa, Đại Học Toronto chi nhánh Mississauga, Mississauga, Canada với đề tài “Chuẩn bị và những tính chất của hạt