Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên, đóng góp cho lĩnh vực vật liệu và linh kiện nano.

• Tác giả: Nguyễn Huyền Vũ
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Phương Phong
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Nano Bạc Trong Latex Cao Su Thiên Nhiên
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. CAO SU THIÊN NHIÊN
• 1.2. TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊN CỦA CAO SU
• 1.3. PHÂN LOẠI CÂY CAO SU
• 1.4. THÀNH PHẦN LATEX CAO SU THIÊN NHIÊN
• 1.5. TÍNH CHẤT LATEX CAO SU THIÊN NHIÊN
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
• 2.1.1. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị sử dụng
• 2.1.2. Quy trình thí nghiệm
• 2.2. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH XRD
• 3.2. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH UV-VIS
• 3.3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TEM
• 3.4. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GPC
• 3.5. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH AAS
• 3.6. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN
• 3.7. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG TRUYỀN QUA CỦA TIA UV (QUA ERLEN THỦY TINH)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là một loại vật liệu có tính đàn hồi và bền, được chiết xuất từ mủ (latex) của nhiều loại cây cao su, đặc biệt là cây Hevea Brasiliensis. Năm 1875, nhà bác học Bouchardat đã chứng minh rằng cao su thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene. Các polymer này có cấu trúc mạch carbon dài, tạo ra tính đàn hồi khi kéo dãn. Lịch sử phát hiện và ứng dụng cao su thiên nhiên đã trải qua nhiều giai đoạn, từ việc sử dụng nhựa cây của người dân châu Mỹ cho đến sự phát triển của ngành công nghiệp cao su hiện đại. Việt Nam hiện là một trong những nước sản xuất cao su lớn trên thế giới, với sản lượng xuất khẩu cao su đạt khoảng 1,5 tỷ USD vào năm 2006.

1.1. Thành phần và tính chất của latex cao su thiên nhiên

Latex cao su thiên nhiên là một dung dịch phức hợp chứa nhiều thành phần khác nhau, bao gồm cao su, nước, protein, acid béo và các khoáng chất. Tính chất của latex phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại cây, điều kiện khí hậu và trạng thái sinh lý của cây. Tỷ trọng của latex khoảng 0,97, với độ nhớt thay đổi từ 12 đến 120 centipoises. pH của latex cũng ảnh hưởng lớn đến độ ổn định của nó, thường dao động từ 6 đến 7. Để duy trì tính ổn định, người ta thường thêm ammoniac vào latex để điều chỉnh pH.

II. Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên đã thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực công nghệ nano. Vật liệu nano bạc được biết đến với tính kháng khuẩn mạnh mẽ, có khả năng tiêu diệt vi khuẩn và nấm mốc. Việc kết hợp nano bạc vào latex cao su không chỉ cải thiện tính chất kháng khuẩn mà còn nâng cao độ bền và tính năng của sản phẩm. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano bạc thường sử dụng các chất ổn định để kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano, từ đó tối ưu hóa hiệu suất kháng khuẩn.

2.1. Tính chất và ứng dụng của vật liệu nano bạc

Vật liệu nano bạc có nhiều ứng dụng trong y tế, bảo vệ môi trường và công nghiệp. Tính kháng khuẩn của nano bạc giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn trong các sản phẩm như vải, sợi, và thiết bị y tế. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên có thể tạo ra các sản phẩm có khả năng kháng khuẩn vượt trội, từ đó mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

III. Phương pháp phân tích và kết quả

Các phương pháp phân tích như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), và phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) đã được sử dụng để đánh giá chất lượng và tính chất của vật liệu nano bạc trong latex cao su. Kết quả phân tích cho thấy rằng vật liệu nano bạc được chế tạo có kích thước đồng đều và phân bố tốt trong latex, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả kháng khuẩn. Các thí nghiệm kiểm tra khả năng kháng khuẩn cho thấy mẫu nano bạc có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả, chứng minh giá trị thực tiễn của nghiên cứu này.

3.1. Kết quả phân tích XRD và TEM

Phân tích XRD cho thấy các đỉnh đặc trưng của bạc, xác nhận sự hình thành vật liệu nano bạc. Kết quả TEM cho thấy kích thước hạt nano bạc trong khoảng 10-20 nm, cho thấy tính đồng đều và ổn định của hạt. Những kết quả này khẳng định rằng phương pháp chế tạo đã thành công trong việc tạo ra vật liệu nano bạc có tính chất mong muốn, mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong các sản phẩm từ latex cao su thiên nhiên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano, việc nghiên cứu và chế tạo vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên trở thành một lĩnh vực quan trọng, góp phần nâng cao giá trị ứng dụng của cao su thiên nhiên. Việt Nam hiện là một trong những quốc gia đứng thứ 5 thế giới về sản lượng cao su thiên nhiên với diện tích trồng hơn 0,5 triệu ha, tập trung chủ yếu ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Năm 2006, xuất khẩu mủ cao su đạt khoảng 1,5 tỷ USD, cho thấy tiềm năng phát triển ngành công nghiệp cao su rất lớn.

Vật liệu nano bạc nổi bật với tính chất kháng khuẩn vượt trội, hiệu quả cao và không gây độc hại, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, công nghiệp và bảo vệ môi trường. Luận văn tập trung nghiên cứu quy trình chế tạo hạt nano bạc trong latex cao su thiên nhiên, phân tích các tính chất vật lý, hóa học và khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano bạc/latex cao su thiên nhiên. Mục tiêu cụ thể là tối ưu hóa quy trình tổng hợp, xác định kích thước hạt nano, đánh giá tính ổn định và hiệu quả kháng khuẩn của vật liệu nano bạc trong môi trường latex cao su thiên nhiên.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm công nghệ nano tại Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2009, sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS), sắc ký gel (GPC) và phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu nano bạc ứng dụng trong công nghiệp cao su, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm và mở rộng ứng dụng của cao su thiên nhiên trong các lĩnh vực y tế và bảo vệ môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu nano, đặc biệt là vật liệu nano kim loại và tính chất của hạt nano bạc. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước của vật liệu nano: Khi kích thước vật liệu giảm xuống quy mô nano (0,1 nm đến 100 nm), tỷ lệ nguyên tử trên bề mặt tăng lên đáng kể, làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học so với vật liệu khối. Hiệu ứng bề mặt làm tăng năng lượng bề mặt và ảnh hưởng đến tính ổn định, trong khi hiệu ứng kích thước gây ra sự thay đổi đột ngột về tính chất vật liệu như quang học, điện tử và từ tính.

2. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc: Nano bạc diệt khuẩn thông qua hai cơ chế chính là denaturation (làm biến chất các enzyme quan trọng của vi khuẩn) và oxidation (tạo ra oxy hoạt tính phá hủy màng tế bào vi khuẩn). Tính chất kháng khuẩn của nano bạc vượt trội so với bạc dạng ion hoặc dạng hạt lớn nhờ diện tích bề mặt lớn và khả năng hoạt động nhanh, hiệu quả.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: latex cao su thiên nhiên (NR latex), hạt nano bạc (nano Ag), điểm đẳng điện của protein trong latex, và các phương pháp phân tích vật liệu nano như XRD, TEM, UV-VIS, GPC, AAS.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu latex cao su thiên nhiên được xử lý để tổng hợp hạt nano bạc. Quy trình thí nghiệm bao gồm:

• Chế tạo hạt nano bạc trong latex cao su thiên nhiên: Sử dụng phương pháp khử hóa học với tác nhân khử thích hợp để chuyển ion Ag+ thành hạt nano bạc Ag0 trong môi trường latex. Chất ổn định tự nhiên là protein trong latex giúp bảo vệ và phân tán hạt nano bạc.

• Phân tích kích thước và cấu trúc hạt nano: Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc tinh thể, hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để quan sát kích thước và hình dạng hạt nano, phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS) để đánh giá tính chất quang học.

• Đánh giá tính ổn định và phân bố kích thước: Phân tích sắc ký gel (GPC) để xác định sự phân bố kích thước hạt nano theo thời gian chiếu xạ.

• Đo lường hàm lượng bạc và khả năng kháng khuẩn: Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định hàm lượng bạc trong mẫu, thí nghiệm kháng khuẩn đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của vật liệu nano bạc/latex đối với các chủng vi khuẩn phổ biến.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm nhiều mẫu latex cao su thiên nhiên với các nồng độ AgNO3 khác nhau, được xử lý trong các điều kiện chiếu xạ và thời gian khác nhau để tối ưu hóa quy trình tổng hợp. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện và khả năng kiểm soát biến số trong thí nghiệm. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2009 với các giai đoạn chuẩn bị, tổng hợp, phân tích và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Kích thước và cấu trúc hạt nano bạc: Kết quả phân tích TEM cho thấy hạt nano bạc có kích thước trung bình khoảng 10 nm, phân bố đồng đều trong latex cao su thiên nhiên. Phổ XRD xác nhận cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (ccp) đặc trưng của bạc kim loại với các peak chuẩn rõ ràng. So với các mẫu có nồng độ AgNO3 khác nhau, kích thước hạt nano không thay đổi nhiều nhưng mật độ hạt tăng theo nồng độ.

2. Tính chất quang học và phân bố kích thước: Phổ UV-VIS của mẫu nano Ag/latex có đỉnh hấp thụ đặc trưng ở vùng ánh sáng khả kiến, thể hiện hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Kết quả GPC cho thấy sự phân bố kích thước hạt nano ổn định qua các thời gian chiếu xạ khác nhau, với độ đồng đều cao, chứng tỏ quy trình tổng hợp đạt hiệu quả.

3. Hàm lượng bạc và khả năng kháng khuẩn: Phân tích AAS xác định hàm lượng bạc trong mẫu nano Ag/latex đạt khoảng X mg/L, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu. Thí nghiệm kháng khuẩn cho thấy hiệu suất diệt khuẩn trên 90% đối với các chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus và Escherichia coli, vượt trội so với mẫu latex không chứa nano bạc.

4. Khả năng truyền qua tia UV: Thí nghiệm kiểm tra khả năng truyền qua tia UV qua mẫu nano Ag/latex cho thấy vật liệu có khả năng hấp thụ và cản tia UV hiệu quả, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các sản phẩm bảo vệ da và vật liệu chống tia UV.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự ổn định và hiệu quả kháng khuẩn cao của vật liệu nano bạc/latex là do protein tự nhiên trong latex cao su thiên nhiên đóng vai trò chất ổn định, bao bọc và bảo vệ các hạt nano bạc, ngăn ngừa sự kết tụ và oxy hóa. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của protein trong việc ổn định hạt nano bạc trong môi trường polymer tự nhiên.

So sánh với các nghiên cứu khác, kích thước hạt nano bạc khoảng 10 nm là kích thước tối ưu để phát huy hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt và tính kháng khuẩn mạnh mẽ. Hiệu suất kháng khuẩn trên 90% cho thấy vật liệu nano bạc/latex có tiềm năng ứng dụng cao trong y tế và công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ UV-VIS thể hiện đỉnh hấp thụ plasmon, bảng phân bố kích thước hạt nano theo GPC, và biểu đồ hiệu suất kháng khuẩn so sánh giữa các mẫu. Các kết quả này minh chứng cho sự thành công của quy trình tổng hợp và tính ứng dụng thực tiễn của vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp: Đề xuất điều chỉnh nồng độ AgNO3 và thời gian chiếu xạ để kiểm soát kích thước hạt nano và mật độ phân bố, nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả kháng khuẩn. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do phòng thí nghiệm công nghệ nano chủ trì.

2. Phát triển sản phẩm ứng dụng: Khuyến nghị nghiên cứu phát triển các sản phẩm bảo vệ sức khỏe như găng tay y tế, băng keo cá nhân, và vật liệu chống tia UV dựa trên vật liệu nano bạc/latex. Mục tiêu tăng tỷ lệ ứng dụng sản phẩm lên 30% trong vòng 1 năm, phối hợp với các doanh nghiệp cao su và y tế.

3. Nghiên cứu tác động môi trường và an toàn: Đề xuất đánh giá tác động môi trường và độ an toàn của vật liệu nano bạc trong quá trình sử dụng và xử lý thải, đảm bảo tuân thủ các quy định về an toàn hóa chất và bảo vệ môi trường. Thời gian thực hiện 1 năm, phối hợp với các cơ quan quản lý môi trường.

4. Mở rộng nghiên cứu vật liệu nano bạc trong các polymer khác: Khuyến nghị nghiên cứu ứng dụng nano bạc trong các polymer tự nhiên và tổng hợp khác để đa dạng hóa sản phẩm và mở rộng thị trường. Thời gian nghiên cứu 1-2 năm, do các viện nghiên cứu vật liệu và trường đại học thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành vật liệu nano: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về chế tạo và phân tích vật liệu nano bạc trong môi trường latex cao su thiên nhiên, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Doanh nghiệp công nghiệp cao su và vật liệu: Thông tin về quy trình tổng hợp và ứng dụng vật liệu nano bạc giúp doanh nghiệp nâng cao chất lượng sản phẩm, phát triển các sản phẩm có tính năng kháng khuẩn và bảo vệ môi trường.

3. Cơ quan quản lý và chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách phát triển công nghệ nano, quản lý an toàn và bảo vệ môi trường liên quan đến vật liệu nano bạc.

4. Ngành y tế và chăm sóc sức khỏe: Tham khảo để phát triển các sản phẩm y tế sử dụng vật liệu nano bạc có tính kháng khuẩn cao, an toàn và hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

1. Nano bạc là gì và tại sao nó quan trọng trong cao su thiên nhiên?
   Nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 đến 100 nm, có tính chất kháng khuẩn vượt trội nhờ diện tích bề mặt lớn và hiệu ứng kích thước. Trong cao su thiên nhiên, nano bạc giúp tăng cường khả năng kháng khuẩn và mở rộng ứng dụng sản phẩm.

2. Phương pháp nào được sử dụng để tổng hợp nano bạc trong latex cao su thiên nhiên?
   Phương pháp khử hóa học được sử dụng, trong đó ion Ag+ được khử thành bạc kim loại Ag0 trong môi trường latex, với protein trong latex đóng vai trò chất ổn định giúp phân tán và bảo vệ hạt nano.

3. Kích thước hạt nano bạc ảnh hưởng như thế nào đến tính chất vật liệu?
   Kích thước hạt nano khoảng 10 nm là tối ưu để phát huy hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt, tăng cường tính kháng khuẩn và ổn định vật liệu. Kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ đều ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng.

4. Nano bạc có an toàn khi sử dụng trong các sản phẩm y tế và tiêu dùng không?
   Nano bạc được đánh giá là không độc, không gây kích ứng và không bị hấp thụ trong cơ thể, hoạt động như chất xúc tác kháng khuẩn. Tuy nhiên, cần tuân thủ liều lượng và quy định an toàn để tránh hiện tượng Argyria do quá liều bạc.

5. Ứng dụng thực tế của vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên là gì?
   Vật liệu nano bạc/latex được ứng dụng trong sản xuất găng tay y tế, băng keo cá nhân, vật liệu chống tia UV, sản phẩm bảo vệ sức khỏe và các thiết bị lọc nước, lọc không khí có tính năng kháng khuẩn hiệu quả.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc chế tạo và phân tích vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên với kích thước hạt nano khoảng 10 nm, phân bố đồng đều và ổn định.
• Tính chất kháng khuẩn của vật liệu nano bạc/latex vượt trội với hiệu suất diệt khuẩn trên 90% đối với các chủng vi khuẩn phổ biến.
• Protein tự nhiên trong latex đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định và bảo vệ hạt nano bạc, giúp duy trì tính năng vật liệu.
• Kết quả nghiên cứu mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cao su, y tế và bảo vệ môi trường.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm tối ưu hóa quy trình tổng hợp, phát triển sản phẩm ứng dụng, nghiên cứu an toàn và mở rộng ứng dụng trong các polymer khác.

Để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu nano bạc trong latex cao su thiên nhiên, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tăng cường nghiên cứu ứng dụng thực tiễn nhằm nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 1.1 CAO SU THIÊN NHIÊN ao su thiên nhiên là một chất có tính đàn hồi và tính bền, thu đƣợc từ mủ (latex) C của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại cây Hevea Brasiliensis. Năm 1875, nhà bác học ngƣời Pháp Bouchardat đã chứng minh cao su thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C5H8)n , những polymer này có mạch carbon rất dài với những nhánh ngang tác dụng nhƣ cái móc. Các mạch đó xoắn lẫn nhau, móc vào bằng những nhánh ngang mà không đứt khi kéo dãn, mạch carbon có xu hƣớng trở về trạng thái cũ sinh ra tính đàn hồi.1 LỊCH SỬ [8] Christophe Colomb trong hành trình thám hiểm châu Mỹ lần thứ hai (1493 – 1496), ông phát hiện ngƣời dân châu Mỹ đã biết sử dụng nhựa cây có tính đàn hồi để làm quả bóng thay vì dùng quả bóng làm bằng vải độn nhƣ lúc bấy giờ tại châu Âu. Năm 1615, Juan de Torquemada viết cuốn “De la monarquia indiana” nói về lợi ích & công dụng phổ cập của cao su.

Tuy nhiên, mãi đến hơn 1 thế kỷ sau, lợi ích và công dụng thật sự của cao su mới thật sự đƣợc biết đến nhờ công trình nghiên cứu của hai nhà bác học Pháp : Condamine và Fresneau. Năm 1761, hai nhà hóa học Pháp, Hérissant và Macquer, đã phát hiện ra khả năng hòa tan cao su bằng dung môi ether và tinh dầu thông. Năm 1791, Samuel Peal đƣa ra sáng chế ÁO MƢA. Năm 1818, Thomas Hancock (Anh) đã khám phá ra “quá trình nghiền hay cán dẻo cao su”.

Năm 1839, Charles Goodyear (Mỹ) phát minh “quá trình lƣu hóa cao su” với chất lƣu hóa là lƣu huỳnh. Quá trình này giúp cải thiện rõ rệt tính chất cơ lý của cao su sống. Sau đó, nhiều nhà khoa học đã phát hiện nhiều chất khác cũng có khả Chương 3 : Kết quả & bàn luận z 72 năng lƣu hóa cao su tƣơng tự lƣu huỳnh nhƣ : Chloride sunfur (Pakes – 1846), Pentasulfur antimoine (Burke – 1847), polynitrobenzen (Ostromislensky – 1912) … Có thể nói nhờ hai phát minh của Hancock (nghiền dẻo hóa) và của Goodyear (lƣu hóa) mà kỹ nghệ cao su phát triển mạnh mẽ, nhu cầu tiêu thụ tăng nhiều đến nỗi con ngƣời phải thiết lập đồn điền cao su, xâm chiếm thuộc địa, bành trƣớng việc trồng cao su … Nhu cầu tiêu thụ cao su thiên nhiên tăng cao đƣa đến việc phát minh cao su nhân tạo và chế biến cao su tái sinh ngày nay. Công nghiệp cao su tiến triển nhanh cũng nhờ các cuộc khám phá tiếp nối sau cuộc khám phá ra sự lƣu hóa cao su, nhƣ khám phá chất xúc tiến, chất chống lão hóa, chất độn tăng cƣờng lực cao su, phát minh ra các phƣơng pháp chế biến cao su.

Cây cao su lần đầu tiên đƣợc du nhập vào Đông Dƣơng là do ông J.Louis Pierre đem trồng tại Thảo cầm viên Sài Gòn năm 1877. Sản lƣợng cao su của Việt Nam đứng hàng thứ 5 trên thế giới (sau Thái Lan, Indonesia, Ấn Độ và Malaysia). Năm 2006, Việt Nam xuất khẩu mủ cao su đạt xấp xỉ 1,5 tỷ USD. Diện tích trồng cao su của Việt Nam hiện có hơn 0,5 triệu ha, tập trung chủ yếu ở Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và một số địa phƣơng thuộc khu vực Trung Bộ.1 Rừng cây cao su 1.2 TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊN CỦA CAO SU [8] Chương 3 : Kết quả & bàn luận z 73 Cao su thiên nhiên sinh ra từ một số loại thực vật có khả năng tạo ra latex.

Chức năng này là điều kiện cần để có cao su, nhƣng không hẳn tất cả các loại cây tiết mủ đều có chứa cao su. Chức năng tạo ra latex trong các nhu mô thực vật biểu thị đặc tính qua sự hiện hữu của tế bào chuyên biệt gọi là tế bào latex, tiết ra một dịch gọi là latex. Tùy theo loại cây cao su, latex cũng có nhiều loại khác nhau : bản chất cấu tạo gồm dung dịch vô cơ và hữu cơ có chứa các tiểu cầu ở dạng nhũ tƣơng. Latex có trong nhu mô cây, tạo từ những tế bào sống gồm những nguyên sinh chất, nhân và các thành phần hiện diện.

Tế bào latex đƣợc một lớp nguyên sinh chất mỏng bao phủ, bao cả một không bào lớn là nơi mà nguyên sinh chất tiết ra latex. Tùy loại cây cao su, hệ thống latex đƣợc tạo từ tế bào cô lập hoặc từ mạch. Toàn bộ hệ thống latex đều kín, cần phải thực hiện rạch cạo để cho latex tiết chảy ra ngoài, công việc này gọi là “cạo mủ”.2 Cạo mủ cây cao su Latex cao su là một chất lỏng phức hợp, có thành phần và tính chất khác biệt nhau tùy theo loại. Theo nguyên tắc, ta có thể nói đó là một trạng thái nhũ tƣơng của các hạt tử cao su hay thể giao trạng trong một serum lỏng.

Tùy theo trƣờng hợp cao su có chứa : Chương 3 : Kết quả & bàn luận z 74 - Ở dạng dung dịch : nƣớc, các muối khoáng, acid, các muối hữu cơ, glucid, hợp chất phenolic, alcaloid ở trạng thái tự do hay trạng thái dung dịch muối. - Ở dạng dung dịch giả : các protein, phytosterol, chất màu, tannin, enzyme. - Ở dạng nhũ tƣơng : các amidon, lipid, tinh dầu, nhựa, sáp, polyterpenic. Cao su của những cây có mạch trong latex hiện hữu dƣới dạng hạt nhỏ hình cầu, hình quả tạ hay hình trái lê.

Những tiểu cầu cao su này đƣợc một lớp cực mỏng protein bao phủ bên ngoài, đảm bảo đƣợc độ ổn định cơ lý của latex. Cấu tạo của chúng đƣợc đa phân hóa ít hoặc nhiều là tùy theo loại, tuổi và cơ quan thực vật đƣợc khảo sát. Kích thƣớc chúng thay đổi từ 1/100 µm đến 3 µm (đƣờng kính). Trong trƣờng hợp cây cao su Hevea brasiliensis, hàm lƣợng cao su trong latex thay đổi từ 50% – 60% tùy theo mùa và trạng thái sinh lý của cây.

Chương 3 : Kết quả & bàn luận z 75 1.3 PHÂN LOẠI CÂY CAO SU [8] Trong thiên nhiên có rất nhiều cây cao su thuộc nhiều loại thực vật khác nhau. Chúng thích hợp với khí hậu vùng nhiệt đới, đặc biệt là miền Bắc Nam Mỹ, Brasil, Trung Mỹ, châu Phi từ Maroc đến Madagasca, Sri Lanka, miền Nam Ấn, Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Malaysia và Indonesia. Nói chung, cây cao su trên thế giới thuộc vào 5 họ thực vật sau :  Họ Euphorbiacéae gồm giống : Hevea, Manihot, Sapium và Euphorbia.  Họ Moracéae gồm giống : Ficus và Castilloa.

 Họ Apocynacéae gồm giống : Funtumia, Landolphia, Hancornia và Dyera.  Họ Aslépiadacéae gồm giống : Asdepias và Cryptostegia grandiflosa.  Họ Composées gồm giống : Kok-saghyz và Guayule. Trong số những giống cây cao su, giống tiêu biểu & quan trọng nhất là giống Hevea brasiliensis, nó cung cấp khoảng 95 – 97% lƣợng cao su thiên hiên trên thế giới.3 Giống cao su Hevea Brasiliensis Chương 3 : Kết quả & bàn luận z 76 1.4 THÀNH PHẦN LATEX CAO SU THIÊN NHIÊN [8] Latex là mủ cao su ở trạng thái phân tán nằm lơ lửng trong dung dịch chứa nhiều chất vô cơ và hữu cơ.

Hiện nay ta biết đƣợc latex tạo ra trong hệ thống mạch latex độc lập với hệ thống mạch nhựa thông thƣờng và chỉ ít về nguồn gốc sinh lý của nó. Các tác giả nhƣ Harries và Ditmar nghĩ rằng cao su là một chất sinh ra từ sự biến đổi glucid mà đặc biệt là các pentosan. Những tác giả khác thì thấy có sự liên quan giữa đồng hóa cao su và sự tiêu thụ amidon dự trữ. Prokofiev kết luận qua cuộc khảo sát của ông là sự tổng hợp cao su xảy ra trong mạch latex phát xuất từ hydratecarbon, theo lƣợc đồ nhƣ sau : monosaccharid – aceton – acetaldehyde – isoprene – cao su.

Sau này, từ những cuộc khảo cứu về cây cao su Guayule, J.Bonner đặt giả thiết là thành phần cao su thành lập theo tiến trình sau đây : acid acetic phản ứng với acetone sinh ra acid -methylcrotonic, acid này ngƣng tụ theo phản ứng khử cho ra chuỗi isoprene. Các khảo sát của Teas về cây cao su Hevea brasiliensis cũng đi tới xác minh chức năng đó của acid acetic. Ngoài hydrocarbon cao su ra, latex còn chứa nhiều thành phần khác nhƣ : protein, acid béo, dẫn xuất của acid béo, sterol, glucid, heterosid, enzyme, muối khoáng. Hàm lƣợng những chất cấu tạo nên latex thay đổi tùy theo các điều kiện về khí hậu, hoạt tính sinh lý và hiện trạng sống của cây cao su.

Các phân tích latex từ nhiều loại cây cao su khác nhau chỉ đƣa ra những con số phỏng chừng về thành phần latex : Thành phần % Khối lƣợng Cao su 30 – 40 % Nƣớc 52 – 70 % Protein 2–3% Acid béo và dẫn xuất 1–2% Glucid và heterosid Khoảng 1% Khoáng chất 0.1 Thành phần latex cao su thiên nhiên Chương 3 : Kết quả & bàn luận z 77 1.5 TÍNH CHẤT LATEX CAO SU THIÊN NHIÊN [8] a. Lý tính :  Tỷ trọng : tỷ trọng latex đƣợc ƣớc định là 0,97. Đó là kết quả từ tỷ trọng cao su 0,92 và của serum là 1,02  Độ nhớt : độ nhớt latex tƣơi có 25% cao su là từ 12 – 15 centipoises, của latex đậm đặc hóa là từ 40 cP – 120 cP (độ nhớt của nƣớc là 1cP)  Sức căng mặt ngoài : sức căng mặt ngoài của latex từ 30 – 40% cao su là vào khoảng 38 – 40 dynes / cm2 (sức căng mặt ngoài của nƣớc là 73 dynes/cm2)  pH : trị số pH của latex có ảnh hƣởng quan trọng tới độ ổn định của latex. Latex tƣơi vừa chảy khỏi cây cao su có pH bằng hoặc thấp hơn 7.

Để trong vài giờ pH sẽ hạ xuống gần 6 do hoạt tính của vi khuẩn và latex sẽ bị đông lại. Ở các đồn điền cao su Việt Nam, ngƣời ta thƣờng nâng cao pH bằng cách thêm vào ammoniac để tránh latex bị đông đặc không hợp lúc, trƣớc khi xử lý nó tại xƣởng. Ammoniac có vai trò là chất sát trùng và là chất kiềm làm cho latex không bị ảnh hƣởng bởi điểm đẳng điện của nó. Trƣớc đây ngƣời ta đo pH latex theo phƣơng pháp đo màu, nhƣng hiện nay phƣơng pháp này không đƣợc dùng tới do độ đục của latex không thể cho kết quả chính xác nhƣ ý muốn, mà ngƣời ta dùng phƣơng pháp đo pH bằng điện cực thủy tinh để đo nhanh và dễ thấy hơn.

 Tính dẫn điện : từ năm 1940, Van Gils là ngƣời đầu tiên đo độ dẫn điện của latex. Ông đã chứng minh độ dẫn điện của latex biến đổi nghịch theo hàm lƣợng cao su. Hiển nhiên chính serum là chất ảnh hƣởng trực tiếp đến trị số của độ dẫn điện, đặc biệt là do các hợp chất ion hóa mà nó chứa.