BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
TRẦN MỸ XUÂN
CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC
TRƯNG CỦA VI SỢI XENLULOZƠ VÀ VI SỢI
XENLULOZƠ PHTALAT
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGHỆ AN – 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
TRẦN MỸ XUÂN
CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT
ĐẶC TRƯNG CỦA VI SỢI XENLULOZƠ VÀ VI SỢI
XENLULOZƠ PHTALAT
Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ
Mã số: 60.44.01.14
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
TS. LÊ ĐỨC GIANG
NGHỆ AN - 2014
LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn
đến:
- TS. Lê Đức Giang đã giao đề tài, dành nhiều thời gian, tâm huyết
hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong quá trình thực tập và giúp đỡ tôi hoàn thành luận
văn này.
- PGS.TS. Hoàng Văn Lựu, PGS.TS. Lê Văn Hạc đã đọc bản thảo, bổ
sung và đóng góp vào luận văn rất nhiều ý kiến quý báu.
- ThS. Cao Xuân Cường đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong
thời gian làm thí nghiệm và nghiên cứu các nội dung liên quan đến đề tài.
- Ban chủ nhiệm khoa Hoá học, các thầy cô bộ môn Hoá hữu cơ, khoa

2.5.3. Phương pháp khảo sát hình thái học 31
2.5.4. Phương pháp chuẩn độ 31
CHƯƠNG 3 32
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32
3.1. Khảo sát thành phần hóa học của bột giấy 32
3.2. Khảo sát cấu trúc bằng phổ hồng ngoại 32
3.3. Khảo sát hình thái học 36
KẾT LUẬN 42
Danh mục các ký hiệu và viết tắt
Ký hiệu Diễn giải
DrTGA giản đồ vi phân của TGA (Derivative thermogravimetry):
DS Độ thế (Degree of subtitution)
DSC Nhiệt lượng vi sai quét (Differential Scanning Calorimeter)
DTA phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis):
IR Hồng ngoại (Infrared spectroscopy)
MFC Vi sợi xenlulo (Microfibrillated cellulose)
SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
TGA
Phân tích trọng lượng theo nhiệt độ (Thermogravimetry
analysis)
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Hình 1.1: Cấu trúc của sợi thực vật
Hình 1.2: Cấu tạo hóa học của phân tử xenluloza thể hiện theo phương
pháp phối cảnh Haworth
Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của xenlulozơ
Hình 1.4: Liên kết hydro giữa các phân tử xenlulozơ
Hình 1.5: Các monosacarit tạo thành mạch đại phân tử polysacarit
Hình 1.6: Đơn vị cấu tạo cơ bản của lignin
Hình 2.1: Quy trình nấu bột giấy bằng phương pháp sunfat
Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của vi sợi xenlulozơ

xenlulozơ với các anhiđrit axetic, anhiđrit sucxinic, anhiđrit maleic, anhiđrit
phtalic, nhưng hầu như chưa có công trình nào nghiên cứu phản ứng của của vi
sợi xenlulozơ với anhiđrit phtalic và khảo sát tính chất của vi sợi xenlulozơ
phtalat. Do đó, chúng tôi chọn đề tài: “Chế tạo và khảo sát tính chất đặc trưng
của vi sợi xenlulozơ và vi sợi xenlulozơ phtalat”
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Chế tạo vi sợi xenlulozơ từ phoi phế thải cây Lùng bằng phương pháp
nấu bột giấy, khảo sát sự thay đổi hàm lượng một số thành phần trong sợi Lùng;
- Chế tạo và vi sợi xenlulozơ phtalat bằng phản ứng của vi sợi xenlulozơ
với anhiđrit phtalic;
- Khảo sát cấu trúc hóa học của vi sợi xenlulozơ và vi sợi xenlulozơ
phtalat bằng phổ hồng ngoại;
- Nghiên cứu hình thái học và khảo sát độ bền nhiệt của vi sợi xenlulozơ
và vi sợi xenlulozơ phtalat.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Vi sợi xenlulozơ và vi sợi xenlulozơ phtalat từ
phoi phế thải của cây Lùng.
- Phạm vi nghiên cứu: quy trình chế tạo vi sợi xenlulozơ và vi sợi
xenlulozơ phtalat từ phoi phế thải cây Lùng; cấu trúc hóa học, hình thái học và
một số tính chất của vi sợi và vi sợi xenlulozơ phtalat.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Cấu trúc hóa học của vi sợi và vi sợi xenlulozơ phtalat được khảo sát
bằng phổ hồng ngoại ;
- Cấu trúc hình thái học của vi sợi và vi sợi xenlulozơ phtalat được khảo
sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM);
- Độ bền nhiệt của vi sợi và vi sợi xenlulozơ phtalat được khảo sát bằng
phương pháp phân tích nhiệt theo sự thay đổi khối lượng.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về sợi thực vật
1.1.1. Định nghĩa và phân loại sợi thực vật

khác nhau, lá được cào và đập vỡ bằng một hệ thống trục quay với các lưỡi dao
cùn sao cho chỉ còn sợi ở lại. Sợi tách ra như vậy được rửa sạch trước khi sấy
dưới ánh sáng mặt trời hay dùng không khí nóng. Tiến hành chải sợi khô và
phân loại thành các mức chất lượng khác nhau. Hạt hoặc vỏ đã tách khỏi hạt (ví
dụ trấu) đưa đi xử lý hóa học hay sinh học để nhận được các bó sợi. Đồng thời
ở đây có hai phương án làm mềm: phơi ngoài trời và ngâm nước. Phơi ngoài
trời nhằm mục đích làm cho thân cây mục rữa. Trong quá trình đó phải bảo đảm
sợi vỏ tách ra khỏi phần ruột mà không giảm chất lượng đáng kể. Phương án
2
phơi ngoài trời khá phổ biến ở châu âu mặc dù phụ thuộc rất nhiều vào địa lý,
sợi nhận được thô hơn và chất lượng thấp hơn so với phương án ngâm nước.
Ngâm nước bằng cách cho thân cây vào bồn đựng nước hay dìm dưới sông có
nước chảy chậm – phương án này đòi hỏi một lượng nước lớn để rửa sạch nên
đắt nhưng sợi có chất lượng cao hơn.
1.1.2. Thành phần hóa học và cấu tạo của sợi thực vật
Thành phần hóa học của sợi thực vật nói chung bao gồm: xenlulozơ,
hemixenlulozơ, lignin, pectin, sáp và các hợp chất hòa tan trong nước. Xenlulozơ
là thành phần chính của sợi thực vật rồi đến hemixenlulozơ, lignin và pectin.
Sợi đơn của tất cả sợi thực vật cấu tạo từ một số tế bào. Những tế bào đó
tạo thành từ các sợi tế vi (microfibril) có cấu trúc tinh thể của xenlulozơ, chúng
liên kết với nhau nhờ lignin và hemixenlulozơ vô định hình để tạo thành lớp
hoàn chỉnh bố trí theo hình xoắn ốc [1].
1.1.2.1. Xenlulozơ
Xenlulozơ là hợp chất cao phân tử, cấu tạo từ nhiều mắt xích anhyđro-β-
D-glucopyranoza (gọi ngắn gọn là D-glucoza).
Các đơn vị mắt xích của xenlulozơ chứa ba nhóm hyđroxi tự do (không ở
dạng liên kết), một nhóm hydroxi ancol bậc 1, hai nhóm hidroxi ancol bậc 2. Các
nhóm hydroxi ở mỗi đơn vị mắt xích liên kết với nguyên tử cacbon ở vị trí 2,3 và
6. Các đơn vị mắt xích D-glucoza trong xenlulozơ có dạng vòng 6 cạnh
(pyranoza). Các mắt xích được nối với nhau nhờ liên kết glucozit. Liên kết giữa

trong phạm vi một tinh thể. Các tinh thể cùng với các vùng vô định hình tập hợp
5
thành tổ chức lớn hơn gọi là vi xơ. Các vi xơ tập hợp thành tổ chức lớn hơn gọi
là xơ. Các bó mạch có dạng sợi tập hợp lại thành lớp [25].
1.1.2.2. Hemixenlulozơ
Hemixenlulozơ là hỗn hợp của một số loại polysaccarit phi xenlulozơ.Khi
thủy phân, chủ yếu tạo ra một số đồng phân lập thể thuộc pentozơ và một số
đồng phân lập thể thuộc hexozơ. Các đơn vị mắt xích của các polysaccarit
hemixenlulozơ thường là vòng anhydro của các saccarit như D-glucozơ, D-
mannozơ, D-galactozơ (thuộc hexozơ), D-xylozơ, L-arabinozơ (thuộc pentozơ).
Hemixenlulozơ gồm các polysaccarit mà phân tử có thể là homopolyme
hoặc copolyme. Hemixenlulozơ dạng homopolyme, tức là mạch phân tử chỉ tạo
thành từ một loại đơn vị mắt xích, tồn tại rất ít trong thực vật. Dạng
hemixenlulozơ thường gặp hơn cả là copolyme, hay polysaccarit hỗn tạp, mạch
phân tử bao gồm các loại đơn vị mắt xích khác nhau.
Ngoài anhiđro của các saccarit thuộc hexoza và pentoza đã kể ở trên, trong
thành phần của một số polysaccarit hemixenlulozơ còn có các đơn vị axit D-
glucuronic, axit 4-O-metyl-D-glucuronic và D-galacturonic. Thêm nữa, một số
polysaccarit hemixenlulozơ còn liên kết với nhóm axetyl, làm cho thành phần
của hemixenlulozơ trở nên phức tạp hơn [9].
С
С
С
С
O
CH
2
OH
H
H

H

D-xyloza β-D-xylopiranoza
6

С
С
С
С
O
CH
2
OH
H
H
H
OH
HO
HO
OH
H
H
HС
С
С
С
O
hoÆc
HO
H

O
H
H
H
H
OH
OH
H
HO
hoÆc
C
HO
OHH
H
HO
C
HO
OH
H
H
H
H
CH
2
OH
С
С
С
С
HO

HO
OHH
H
HO
C
HO
OH
H
H
H
H
CH
2
OH
С
С
С
С
HO
OH
CH
2
OH
D-galactoza β-D-galactopiranoza
7
С
С
С
С
O

OH
COOH
COOH
COOH
OH
H
OH
OH H
H
H
H
O
H
3
CO
;
COOH
Axit D-glucoronic Axit α-D-glucoronic Axit 4-O-metyl-α-D-glucoronic
С
С
С
С
O
H
H
H
H
OH
HO
O

Axit D-galacturonic Axit α-D-galacturonic
С
С
С
С
O
H
H
H
H
OH
HO
O
O
H
H
H
H
OH
OH
H
HO
hoÆc
C
HO
OH
H
H
HO
C

HO
O
O
H
H
H
H
OH
OH
H
HO
hoÆc
C
HO
OH
H
H
HO
C
OH
H
H
H
H
С
С
С
С
OH
CH

xenlulozơ. Xenlulozơ là homopolyme, chỉ tạo thành từ một loại đơn vị mắt xích
β-D-glucoza. Trong khi đó, các polysaccarit đã nghiên cứu ở trên đều được tạo
thành từ hai hoặc nhiều loại đơn vị mắt xích. Các đơn vị mắt xích là đồng phân
lập thể thuộc hexoza hoặc pentoza cũng như dẫn xuất uronic của hexoza. Thành
phần của copolyme hay tỷ lệ giữa các loại đơn vị mắt xích phụ thuộc vào loài
cây.
Cấu tạo đơn vị mắt xích và liên kết giữa chúng trong mạch phân tử
polysaccarit của hemixenlulozơ cũng phức tạp hơn nhiều so với xenlulozơ.
Ở xenlulozơ, đơn vị mắt xích chỉ có cấu tạo vòng pyranoza, dạng β, trong
khi đó, ở hemixenlulozơ, đơn vị mắt xích có thể ở dạng vòng pyranoza và
furanoza, anome α hoặc β.
So với xenlulozơ, liên kết giữa các đơn vị mắt xích trong hemixenlulozơ
cũng phức tạp hơn. Ở xenlulozơ, các đơn vị nối với nhau nhờ liên kết glycozit 1-
4. Trong khi đó, ở hemixenlulozơ, liên kết giữa các đơn vị mắt xích có thể là
glycozit 1-6, 1-4, 1-3 và 1-2.
Do có nhiều loại liên kết và cấu tạo mạch phức tạp, các polysaccarit của
hemixenlulozơ có độ bền khác nhau đối với phản ứng phân hủy mạch, đồng thời
cũng có độ bền khác với xenlulozơ.
Về hình dạng mạch, xenlulozơ là polyme mạch thẳng. Ngược lại,
hemixenlulozơ có cả mạch thẳng và mạch phân nhánh. Một số ít polysaccarit có
độ phân nhánh cao.
10
Về trạng thái pha hoặc trạng thái tập hợp phân tử, do cấu tạo phân tử phức
tạp và không đồng nhất, hemixenlulozơ phần lớn tồn tại ở trạng thái vô định
hình, chỉ một phần nhỏ ở vùng tinh thể. Do đó, đối với hemixenlulozơ, các tác
nhân hóa lý và hóa học dễ tiếp cận hơn so với xenlulozơ. Hơn nữa
hemixenlulozơ thường có độ trùng hợp nhỏ (100-200). Trong khi đó, độ trùng
hợp của xenlulozơ đạt tới bốn hoặc năm chữ số, nên khả năng hòa tan của
hemixenlulozơ cao hơn so với xenlulozơ. Chẳng hạn, hemixenlulozơ hòa tan
được trong dung dịch NaOH 16-18%, trong khi đó, xenlulozơ tự nhiên không

Các nhóm chức có ảnh hưởng nhiều nhất đến tính chất của lignin là nhóm
hiđroxyl phenol, hiđroxyl ancol benzylic và nhóm cacbonyl. Hàm lượng của các
12
nhóm chức thay đổi tùy theo loài thực vật và tùy thuộc vị trí của lignin ở lớp liên
kết, lớp sơ cấp hay thứ cấp của tế bào thực vật [9].
Trong tế bào thực vật, lignin tham gia liên kết hidro với xenlulozơ và
hemixenlulozơ với năng lượng liên kết lớn.Bên cạnh liên kết hidro, giữa các hợp
chất cao phân tử của thành tế bào còn có tương tác Van der waals, tương tác này
cũng góp phần cản trở quá trình hòa tan của lignin dưới tác dụng của dung môi
hoặc khi nấu xenlulozơ.
Lignin không tan trong các dung môi thông thường ở điều kiện thường, do
giữa lignin và các polisaccarit của thực vật tồn tại liên kết hóa học.
Để phân chia các đại phân tử lignin thành các phần nhỏ hơn, hòa tan được
vào dung dịch, cần phải dùng các hóa chất có tác dụng mạnh. Ngay cả trong các
trường hợp đó, ta cũng không thể tách hoàn toàn lignin khỏi sợi thực vật.
1.1.2.4. Pectin
Pectin là một polysaccharide phi xenlulozơ tồn tại phổ biến trong thực vật,
là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn
tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. Dưới tác
dụng của acid, enzyme protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển
thành pectin. Phân tử của chúng bao gồm các đơn vị mắt xích axit α-D-
galacturomic. Các đơn vị này nối với nhau nhờ liên kết glucozit 1-4. Phân tử khối
từ 20.000 - 200.000 đvC.
Mỗi đơn vị mắt xích chứa một nhóm cacboxyl ở vị trí C
6
. Các nhóm axit
này tồn tại ở trạng thái tự do hoặc dưới dạng liên kết este (metyl este). Trong
pectin tự nhiên thường ở khoảng ¾ số nhóm axit bị metyl hóa.
13
Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin

Dung dịch pectin có độ nhớt cao và có khả năng gelatin hóa. Khả năng
này xuất hiện ở pectin có khối lượng phân tử cao hơn 20000.
Độ hòa tan của pectin trong nước phụ thuộc vào mức độ este hóa nhóm
cacboxyl. Mức độ este hóa càng cao, độ hòa tan càng cao, nhưng khả năng
gelatin hóa lại càng giảm.
Ở các loài thực vật khác nhau, các chất pectin có thể tồn tại ở quả, lá hay ở
thân gỗ hoặc vỏ cây.
Pectin có ở lớp liên kết các tế bào. Trong thời kỳ sinh trưởng, pectin ở lớp
này liên tục biến đổi. Có lẽ pectin đảm bảo độ bền và độ dẻo của phần cây non.
Sau đó, chất pectin chuyển hóa và hàm lượng của chúng giảm đi.
Chất pectin trương mạnh trong nước. Nước được giữ bởi các chất pectin
rất khó bay hơi. Do đó, thực vật có nhiều pectin có thể chịu được điều kiện khí
hậu khắc nhiệt. Có lẽ pectin cũng đóng vai trò trao đổi nước trong thời kỳ sinh
trưởng của cây.
Tuy vậy, về cấu tạo hóa học, các chất pectin rất gần với hemixenlulozơ.
Với các đặc tính riêng, pectin được ứng dụng trong nhiều nghành công
nghiệp và đời sống như sau:
+) Ứng dụng chính của pectin là như một chất tạo keo, làm dày và ổn định
trong thực phẩm.
+) Trong y học, pectin làm tăng độ nhớt, khối lượng phân để nó được sử
dụng để chống táo bón và tiêu chảy. Pectin cũng được sử dụng trong viên ngậm
15
họng như một chất làm giảm đau.
+) Trong dinh dưỡng động vật nhai lại, tùy theo mức độ của lignification
của thành tế bào, pectin tiêu hóa lên đến 90% bởi các enzyme của vi khuẩn.
+) Trong ngành công nghiệp xì gà, pectin được xem là một chất thay thế
tuyệt vời cho keo thực vật .
+) Pectin cũng được sử dụng trong kẹo nhân rau câu.
1.1.2.5. Sáp
Sáp có thể trích ly bằng các dung môi hữu cơ. Những hợp chất sáp này