Nghiên cứu chế tạo hệ Double Network Gel trên nền Polyvinyl Alcohol và Anionic Polysaccharide - Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

• Tác giả: Võ Tú Uyên
• Người hướng dẫn: TS. Giang Ngọc Hà
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ Double Network Gel từ Polyvinyl Alcohol và Anionic Polysaccharide
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về hydrogels
• 1.2. Phân loại hydrogels
• 1.3. Giới thiệu về Double network gels ( DN gels)
• 1.4. Các phương pháp tổng hợp DN gels
• 1.4.1. Phương pháp cổ điển
• 1.4.2. Phương pháp Molecular stent
• 1.4.3. Phương pháp One – pot
• 1.4.4. Phương pháp Extrusion 3D-printing
• 1.4.5. Phương pháp Free-shapeable
• 1.5. Cấu trúc của DN gels
• 1.5.1. Mạng thứ nhất của DN gels
• 1.5.2. Mạng thứ hai của DN gels
• 1.6. Tổng quan các nguyên liệu chính
• 1.6.1. Tinh dầu sả chanh
• 1.7. Liên kết ngang trong mạng lưới DN gels
• 1.7.1. DN gels liên kết ngang hoàn toàn về mặt hóa học
• 1.7.2. DN gels liên kết ngang hoàn toàn về mặt vật lý
• 1.7.3. DN gels liên kết ngang vật lí lai hóa học
• 1.7.4. DN gels liên kết ngang bức xạ
• 1.8. Ứng dụng của DN gels
• 1.8.1. Ứng dụng cảm biến thông minh
• 1.8.2. Ứng dụng làm chất mang thuốc
• 1.8.3. Ứng dụng trong kỹ thuật mô
• 1.8.4. Ứng dụng làm băng y tế
• 1.8.5. Ứng dụng hấp phụ ion kim loại
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu và thiết bị trong nghiên cứu
• 2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.2. Phương pháp tổng hợp Double Network Gels (DN gels)
• 2.2.1. Khảo sát quy trình tổng hợp Double Network Gels (DN gels)
• 2.3. Hình thành gels bằng phương pháp đông xả
• 2.4. Các phương pháp nghiên cứu DN gels
• 2.4.1. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi (Fourier Transform Infrared Spectroscopy - FTIR)
• 2.4.2. Phương pháp khảo sát cơ tính
• 2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (Thermal gravimetric analysis - TGA)
• 2.4.4. Phương pháp nhiệt lượng quét vi sai (Differential Scanning Calorimetry - DSC)
• 2.4.5. Khả năng hấp thu nước (Water Uptake - WU)
• 2.4.6. Phân tích khả năng cấp ẩm và giảm dầu
• 2.4.7. Phân tích khả năng kháng khuẩn
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ngâm dung dịch CaCl2 đến double network gels hệ PVA/SA
• 3.1.1. Kết quả phân tích cấu trúc bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của DN gels hệ PVA/SA
• 3.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ CaCl2 của dung dịch ngâm đến cơ tính của DN gels hệ PVA/SA (QT 1)
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng đến cơ tính của DN gels hệ PVA/SA khi bổ sung trực tiếp ion Ca2+ (QT 2)
• 3.3. Khảo sát sự ảnh hưởng các anionic polysaccharide trên nền PVA khi bổ sung trực tiếp ion Ca2+ (QT 2)
• 3.3.1. Kết quả phân tích cấu trúc bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của các hệ DN gels
• 3.3.2. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng các anionic polysaccharide đến cơ tính các hệ DN gels (QT 2)
• 3.3.3. Kết quả khả năng cấp ẩm và giảm độ dầu của các hệ DN gels
• 3.3.4. Kết quả phân tích cấu trúc bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) của hệ DN gels hệ HA khi thay đổi trình tự
• 3.3.5. Khảo sát sự ảnh hưởng trình tự HA đến cơ tính DN gels hệ PVA/HA
• 3.3.6. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và nhiệt quét vi sai (DSC)
• 3.3.7. Khảo sát khả năng cấp ẩm và giảm độ dầu của HA khi thay đổi trình tự
• 3.4. Khảo sát sự ảnh hưởng các anionic polysaccharide khi bổ sung tinh dầu trên nền PVA (QT 3)
• 3.4.1. Kết quả cơ tính của các hệ DN gels khi bổ sung tinh dầu (QT 3)
• 3.4.2. Kết quả khả năng cấp ẩm và giảm độ dầu của các hệ DN gels khi bổ sung tinh dầu
• 3.4.3. Đánh giá khả năng kháng khuẩn của DN gels khi bổ sung tinh dầu
• 3.5. Khảo sát sự ảnh hưởng các anionic polysaccharide khi bổ sung betaine trên nền PVA (QT 2)
• 3.5.1. Khảo sát cơ tính của các hệ DN gels khi bổ sung betaine (QT 2)
• 3.5.2. Kết quả phân tích nhiệt quét vi sai (DSC)
• 3.5.3. Kết quả khả năng cấp ẩm và giảm độ dầu của các hệ DN gels khi bổ sung betaine trên nền PVA (QT 2)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về Double Network Gel và Polyvinyl Alcohol

Double Network Gel (DN Gel) là một loại hydrogel tiên tiến, được nghiên cứu để khắc phục các hạn chế của hydrogel mạng đơn. Polyvinyl Alcohol (PVA) là một polymer phổ biến, được sử dụng làm nền tảng cho DN Gel do tính tương thích sinh học và khả năng tạo mạng lưới vật lý. Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo DN Gel từ PVA và các Anionic Polysaccharide như Sodium Alginate (SA), Sodium Carboxymethyl Cellulose (CMC), và Sodium Hyaluronate (HA).

1.1. Double Network Gel và ứng dụng

Double Network Gel là một cấu trúc hydrogel kép, kết hợp hai mạng lưới polymer khác nhau để tăng cường độ bền cơ học và khả năng chịu nhiệt. DN Gel được ứng dụng rộng rãi trong y tế, mỹ phẩm, và môi trường. Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quy trình chế tạo DN Gel từ PVA và các Anionic Polysaccharide, đặc biệt trong lĩnh vực mặt nạ cấp ẩm.

1.2. Polyvinyl Alcohol và vai trò trong DN Gel

Polyvinyl Alcohol (PVA) là một polymer tổng hợp, có khả năng tạo mạng lưới vật lý thông qua quá trình đông lạnh và tan băng. PVA được chọn làm nền tảng cho DN Gel do tính tương thích sinh học và khả năng tạo cấu trúc ổn định. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của PVA đến cơ tính và khả năng cấp ẩm của DN Gel.

II. Anionic Polysaccharide và quy trình chế tạo DN Gel

Các Anionic Polysaccharide như SA, CMC, và HA đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của DN Gel. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của các polysaccharide này đến cơ tính, khả năng cấp ẩm, và khả năng kháng khuẩn của DN Gel.

2.1. Anionic Polysaccharide và cấu trúc DN Gel

Các Anionic Polysaccharide như SA, CMC, và HA được sử dụng để tạo mạng lưới thứ hai trong DN Gel. Chúng giúp cải thiện độ bền cơ học và khả năng hấp thụ nước của vật liệu. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các polysaccharide này đến cấu trúc và tính chất của DN Gel.

2.2. Quy trình chế tạo DN Gel

Quy trình chế tạo DN Gel bao gồm việc kết hợp PVA với các Anionic Polysaccharide thông qua quá trình đông lạnh và tan băng. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CaCl2 và thời gian ngâm đến cơ tính của DN Gel. Kết quả cho thấy quy trình bổ sung trực tiếp ion Ca2+ mang lại hiệu quả cao hơn.

III. Phân tích và đánh giá tính chất của DN Gel

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp phân tích như FTIR, TGA, DSC, và đo độ bền cơ học để đánh giá tính chất của DN Gel. Kết quả cho thấy DN Gel có độ bền kéo và khả năng cấp ẩm vượt trội so với hydrogel mạng đơn.

3.1. Phân tích cấu trúc bằng FTIR

Phương pháp FTIR được sử dụng để phân tích cấu trúc của DN Gel. Kết quả cho thấy sự hình thành liên kết hydro giữa PVA và các Anionic Polysaccharide, giúp cải thiện độ bền cơ học và khả năng hấp thụ nước của vật liệu.

3.2. Đánh giá cơ tính và khả năng cấp ẩm

Nghiên cứu này khảo sát độ bền kéo và khả năng cấp ẩm của DN Gel. Kết quả cho thấy DN Gel PVA/SA có độ bền kéo cao nhất (0,375 MPa) và khả năng cấp ẩm tốt nhất (31%). Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của DN Gel trong lĩnh vực mỹ phẩm.

IV. Ứng dụng và kết luận

Nghiên cứu này đã chế tạo thành công DN Gel từ PVA và các Anionic Polysaccharide, với cơ tính và khả năng cấp ẩm vượt trội. DN Gel có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực mỹ phẩm, đặc biệt là mặt nạ cấp ẩm.

4.1. Ứng dụng của DN Gel

DN Gel được ứng dụng trong lĩnh vực mỹ phẩm, đặc biệt là mặt nạ cấp ẩm. Khả năng hấp thụ và giữ nước của DN Gel giúp cung cấp độ ẩm hiệu quả cho da, đồng thời kiểm soát tiết dầu, bảo vệ và phục hồi da.

4.2. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu này đã chế tạo thành công DN Gel từ PVA và các Anionic Polysaccharide, với cơ tính và khả năng cấp ẩm vượt trội. Hướng phát triển tiếp theo là tối ưu hóa quy trình chế tạo và mở rộng ứng dụng của DN Gel trong các lĩnh vực khác.