i

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian gần 3 tháng thực hiện đề tài “ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT
LƯU BIẾN CỦA DUNG DỊCH CHITOSAN VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG
PHÂN TỬ POLYMER ”, đến nay đề tài của em đã được hoàn thành.Trong quá
trình thực hiện đo đạc và nghiên cứu tuy còn gặp nhiều khó khăn nhưng với sự giúp
đỡ của các thầy cô giáo, bạn bè và đặc biệt là sự chỉ dẫn tận tình của thầy : PGS.TS
NGÔ ĐĂNG NGHĨA đã động viên em để em hoàn thành tốt đề tài của mình. Do
thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế nên em không tránh khỏi những thiếu sót
trong quá trình thực hiện. Vì vậy em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các
thầy cô và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn nữa.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS NGÔ ĐĂNG NGHĨA
đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện.

Nha trang, ngày 20 tháng 06 năm 2010
Sinh viên thực tập
Lã Văn Kiên


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................i
MỤC LỤC ..............................................................................................................ii
DANH MỤC BẢNG ...............................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ...............................................................................................vi
LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................1
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CHITIN- CHITOSAN................................................2
1.1. Sơ lược về chitin-chitosan. ............................................................................2
1.1.1. Nguồn gốc của chitin- chitosan...............................................................2

2.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................22
2.1.1. Chitosan ...............................................................................................22
2.1.2. Acid acetic............................................................................................22
2.2. Phương pháp nghiên cứu. ............................................................................23
2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm. .......................................................................23
2.2.3. Thí nghiệm xác định khối lượng phân tử polime. ..................................29
PHẦN 3 : KẾT QỦA NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................................30
3.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU..........................................................................30
3.1.1 Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở các nồng độ 2%;
2,5 %; 3% hòa tan trong dung dich acid acetic 1 % đo ở roto số 3 và 4...........30
3.1.1.1 Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở nồng độ 2%
hòa tan trong dung dịch acid acetic 1% đo bằng roto số 3. (bảng 3.1) .........30
3.1.1.2 Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở nồng độ 2,5 %
hòa tan trong dung dịch acid acetic 1% đo bằng roto số 3. (bảng 3.2) .............32
3.1.1.3 Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở nồng độ 3%
hòa tan trong dung dịch acid acetic 1% đo bằng roto số 4 ( bảng 3.3 ) ........34
3.1.2. Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở các nồng độ
0,5%;1%; 1,5% hòa tan trong dung dich acid acetic 1 % đo ở roto 1. .............36
3.1.2.1. Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở nồng độ 0,5 %
hòa tan trong dung dịch acid acetic 1% (bảng 3.4) ......................................36


iv

3.1.2.2. Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở nồng độ 1% hòa tan
trong dung dịch acid acetic 1% ( bảng 3.5 ).......................................................38
3.1.2.3. Kết quả xác định độ nhớt của dung dịch chitosan ở nồng độ 1,5 %
hòa tan trong dung dịch acid acetic 1% ( bảng 3.6 ) ...................................40
3.1.3. Kết quả xác định khối lượng phân tử polymer của dung dịch chitosan. .42
3.1.4 Khảo sát những mối quan hệ của dung dịch chitosan ở các nồng độ

Bảng 3.6: Độ nhớt dung dịch chitosan, tốc độ trượt và ứng suất tại nồng độ 1,5 %
ở các nhiệt độ khác nhau....................................................................................... 40
Bảng 3.7. Kết quả xác định khối lượng khối lượng phân tử polymer..................... 42
Bảng 3.8. Bảng số liệu về tốc độ roto với độ nhớt của nhiều nồng độ ở một nhiệt độ là
200C...................................................................................................................... 44
Bảng 3.9. Bảng số liệu về nhiều nồng độ với độ nhớt ........................................... 46
của dung dịch chitosan ở nhiều nhiệt độ ............................................................... 46
Bảng 3.10. Bảng số liệu về nhiều nhiệt độ với độ nhớt của dung dịch chitosan ở
nhiều nồng độ khác nhau ...................................................................................... 49
Bảng 3.11.Bảng số liệu về quan hệ giữa tốc độ trượt và ứng suất trượt đo trong
cốc chuẩn tại nhiệt độ 200C .................................................................................. 52


vi

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Quá trình chiết tách chitin ........................................................................2
Hình 1.2. Biểu diễn cho đường dòng mỗi phần tử chất lưu có phương tiếp tuyến
với đường dòng .....................................................................................................17
Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất với tốc độ trượt và đường
biểu diễn tính chất của các chất lỏng......................................................................18
Hình 3.1: Biểu đồ biểu diễn độ nhớt của dung dịch chitosan theo tốc độ quay của
roto ứng với các nhiệt độ khác nhau. .....................................................................30
Hình 3.2: Biểu đồ biểu diễn độ nhớt của dung dịch chitosan theo tốc độ quay của
roto ứng với các nhiệt độ khác nhau. .....................................................................32
Hình 3.3: : Biểu đồ biểu diễn độ nhớt của dung dịch chitosan theo tốc độ quay
của roto ứng với các nhiệt độ khác nhau. ...............................................................34
Hình 3.4: : Biểu đồ biểu diễn độ nhớt của dung dịch chitosan theo tốc độ quay
của roto ứng với các nhiệt độ khác nhau. ...............................................................37

Để góp phần tìm hiểu thêm về lĩnh vực chitosan cũng như tính chất của nó
em thực hiện đề tài “ Nghiên cứu tính chất lưu biến của dung dich chitosan và
xác định khối lượng của polymer ” với sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS NGÔ
ĐĂNG NGHĨA. Đây là đề tài nghiên cứu còn khá mới ở trường, vì thế trong quá
trình thực hiện đề tài tuy em đã cố gắng tìm hiểu học hỏi nhưng vẫn không tránh
khỏi những thiếu sót, sai phạm kính mong sự góp của các thầy cô và các bạn để đề
tài của em được hoàn thiện hơn.


2

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CHITIN- CHITOSAN
1.1. Sơ lược về chitin-chitosan.
1.1.1. Nguồn gốc của chitin- chitosan
Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccharide, hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Nó
đươc xem là polymer tự nhiên quan trọng thứ hai của thế giới.Chitin là polyme sinh
học có nhiều trong thiên nhiên chỉ đứng sau xenluloza. Cấu trúc hóa học của chitin
gần giống với xenluloza Chitin có gốc từ chữ "chiton", tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ
giáp. Chitin là thành phần cấu trúc chính trong vỏ (bộ xương ngoài) của các động
vật không xương sống trong đó có loài giáp xác (tôm, cua)

Hình 1.1. Quá trình chiết tách chitin

Còn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn, xốp,
nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau. Chitosan được xem là
polymer tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường
acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược
phẩm ... Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, không giống chất xơ thực vật,



5


6

Như vậy chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử lớn và rất giống
cellulose.

1 :Chitin , 2: Chitosan , 3: xenluloza.
(gốc -D-glucose)
Như hình vẽ trên, thì sự khác biệt duy nhất giữa chitosan và cellulose là
nhóm amin (-NH2) ở vị trí C (2) của chitosan thay thế nhóm hydroxyl (-OH) ở
cellulose. Chitosan tích điện dương do đó nó có khả năng liên kết hóa học với
những chất tích điện âm như chất béo, lipid, cholesterol protein và các đại phân tử.
Chitin và chitosan rất có lợi ích về mặt thương mại cũng như là một nguồn vật chất
tự nhiên do tính chất đặc biệt của chúng như tính tương thích về mặt sinh học khả
năng hấp thụ, khả năng tạo màng và giữ các ion kim loại.
Màu của vỏ giáp xác hình thành từ hợp chất của chitin ( dẫn xuất của 4-xeton
và 4,4 di xeton-ß-carotene ). Bột chitosan có dạng hơi sệt trong tự nhiên và màu sắc
của nó biến đổi từ vàng nhạt đến trắng trong khi tinh bột và cellulose lại có cấu trúc
mịn và màu trắng.


7

a) Là cấu trúc của chitin poly (N-acetyl-β-D-glucosamine)
b) Cấu trúc chitosan poly (D-glucosamine).
c) Cấu trúc acetyl hoá một phần mạch chitosan.
Dưới đây là công thức cấu tạo của các dẫn xuất:


1. Các phản ứng của nhóm (–OH)
 Dẫn xuất sunfat
 Dẫn xuất O-axyl của chitin-chitosan
 Dẫn xuất O-tosyl hoá chitin-chitosan
2. Phản ứng ở vị trí N.
 Phản ứng N-axetyl hoá chitosan
 Dẫn xuất N-sunfat chitosan
 Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidroxy-etylchitosan)
 Dẫn xuất acroleylen chitosan
 Dẫn xuất acroleychitosan
3. Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N.
 Dẫn xuất O,N-cacboxymetylchitosan
 Dẫn xuất N,O-cacboxychitosan
 Phản ứng cắt đứt liên kết b _1-4 glucosit


10

1.1.4. Khả năng hấp thụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của
chitin/chitosan và một vài dẫn xuất.
Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các
nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn cặp electron
chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại
nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+,Ni2+,Co2+.... Tuỳ
nhóm chức trên mạch polime mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau.
 Ví dụ: Phức Ni (II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng
6, còn phức Ni (II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí
bằng 4.

trong đó

mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc
phát triển. Màng bao bọc bằng chitin và chitosan sẽ giải quyết được các vấn đề trên.
Trong thực tế người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại rau quả
như đào, dưa chuột, đậu, bưởi v.v... Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ
bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói. Một ứng dụng


12

nữa của chitosan là làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả. Rau quả sau khi thu
hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị. Rau quả bị thâm là do quá
trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon. Nhờ bao gói bằng màng
chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của
anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau
quả tươi lâu hơn.Và ở nước ta có khá nhiều đề tài nghiên cứu và đã ứng dụng sản
xuất
Đối với dược phẩm và y học:
 Màng sinh học: nhờ vào tính ưu việt của Chitosan, cộng với đặc tính không
độc, hợp với cơ thể, tự tiêu huỷ được, nên Chitosan đã được ứng dụng rộng rãi và
có hiệu quả trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm, làm thuốc chữa bỏng, giảm đau,
thuốc hạ cholesterol, thuốc chữa bệnh dạ dày, chống đông tụ máu, tăng sức đề
kháng, chữa xương khớp và chống đựợc cả bệnh ung thư...
 Thuốc : Điển hình trên thị trường dược hiện nay là loại thuốc chữa khớp
làm từ vỏ tôm có tên Glucosamin đang được thịnh hành trên toàn thế giới.

So với sản phẩm cùng loại thì Glucosamin có ưu thế hơn, do sản xuất từ
nguồn vỏ tôm tự nhiên nên sản phẩm ít gây phản ứng phụ, không độc hại và không
bị rối loạn tiêu hoá cho người bệnh(rất quan trọng).



Trong công nghệ sinh học
 Chất mang cố định enzyme và cố định tế bào.
Trong công nghệ thực phẩm


Sản xuất ra màng mỏng để bao gói thực phẩm


14



Thay thế cho PE.



Màng Chitosan dễ phân hủy trong môi trường tự nhiên.

1.2. Tổng quan về lưu biến học.
1.2.1. Khái niệm chung về tính lưu biến.
Lưu biến học là 1 khoa học nghiên cứu về sự biến dạng và sự chảy của chất
lỏng và chất rắn dưới tác dụng của lực cơ học.
Độ nhớt của một chất lưu là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng
chảy. Khi các dòng chất lưu sát kề có tốc độ chuyển động khác nhau, ngoài sự
chuyển động va đập giữa các phần tử vật chất còn có sự trao đổi xung lượng giữa
chúng. Những phần tử trong dòng chảy có tốc độ cao sẽ làm tăng động năng của
dòng chảy và ngược lại phần tử vật chất từ các dòng chảy có tốc độ chậm sẽ kìm
hãm chuyển động của dòng chảy và làm giảm động năng của dòng chảy. Kết quả là
giữa các lớp này xuất hiện một ứng suất trượt gây lên ma sát.
Độ nhớt trong chuyển động của chất lưu thực có hai vai trò:

lực tương tác giữa các lớp phân tử chuyển dời đối với nhau còn có sự trao đổi xung
lượng giữa chúng do sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Các phân tử chuyển
từ lớp có vận tốc lớn vào lớp có vận tốc chậm hơn sẽ làm cho xung lượng của lớp
tăng lên và ngược lại các phân tử chuyển từ lớp chậm vào lớp nhanh sẽ làm giảm
xung lượng tổng cộng của lớp nhanh. Sự trao đổi xung lượng đó và sự tương tác
phân tử cũng tạo ra nội lực ma sát trong chất lỏng. Trong các chất khí nội lực ma sát
được tạo ra chủ yếu bởi sự trao đổi xung lượng.
1.3. Một số tính chất của chất lỏng
1.3.1. Tính chảy
Dưới tác dụng của lực mọi vật đều biến dạng, biến dạng được gọi là đàn hồi
nếu biến dạng đó bị mất đi sau khi bỏ lực tác dụng biến dạng được gọi là dẻo nếu
biến dạng được giữ nguyên sau khi bỏ lực tác dụng, biến dạng được gọi là chảy nếu
biến dạng tăng lên một cách liên tục và không có giới hạn dưới tác dụng của các lực
nhỏ tùy ý.
Chất lỏng là loại chất chảy tính di động là đặc tính nổi bật của chúng. Nó
không có hình dạng riêng ban đầu mà luôn theo hình dạng của vật thể chứa đựng nó
hoặc bao quanh nó. Tính chảy còn thể hiện ở chỗ các phần tử trong chất lỏng và


16

chất khí có chuyển động tương đối với nhau khi chất lỏng và chất khí cùng chuyển
động
1.3.2. Tính liên tục
Chất lỏng được coi như là môi trường liên tục tức là những phần tử chất lỏng
chiếm đầy không gian mà không có chỗ nào trống. Với tính chất liên tục này ta có
thể coi những đặc trưng cỏ bản của chất lỏng như: vận tốc, mật độ, áp suất…là hàm
số của tọa độ điểm (phần tử) và thời gian những hàm số này được coi là liên tục và
khả vi
1.3.3. Chất lỏng NIUTON và chất lỏng PHI_NIUTON.


17

Hình1.2. Biểu diễn cho đường dòng mỗi phần tử chất lưu có phương
tiếp tuyến với đường dòng
Tóm lại đối với chất lỏng Phi_Newton thì ứng suất trượt τ có thể thay đổi tùy
theo građient vận tốc và khi đó độ nhớt cũng sẽ thay đổi hay nó không còn là một
hằng số nữa.
1.3.4. Các tính chất của chất lỏng PHI_NIUTON.
Chất lỏng phụ thuộc vào thời gian : Nếu ta giữ cùng một ứng suất trượt và
cùng một tốc độ trượt ở một nhiệt độ cố định thì độ nhớt của nó sẽ bị thay đổi. Sự
thay đổi là lớn hay bé thì tùy thuộc vào từng loại chất lỏng và nồng độ của nó.
Chất lỏng độc lập với thời gian: Nếu ở cùng một nhiệt độ và một ứng suất thì
chất lỏng đó sẽ không bị thay đổi độ nhớt theo thời gian.


18

Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất với tốc độ trượt và
đường biểu diễn tính chất của các chất lỏng
1.4. Xác định khối lượng phân tử polime của dung dịch chitosan
1.4.1. Mục đích.
Việc xác định được khối lượng phân tử polime của dung dịch chitosan có ý
nghĩa rất quan trọng đối với một số ngành công nghiệp có sử dụng sản phẩm
chitin/chitosan. Dựa vào khối lượng phân tử này và đặc tính nhớt riêng biệt của nó
mà nó đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực như khác nhau
như: làm màng bao gói, thuốc chữa khớp làm từ vỏ tôm , làm vải kháng khuẩn v.v.
1.4.2. Phương pháp
Xác định phân tử khối của dung dịch chitosan bằng phương pháp đo độ
nhớt.Phân tử khối chất polime có thể xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau

H- hiệu số mức dung dịch trong mao quản
D - tỉ trọng dung dịch
Thay giá trị P từ (2) vào (1) ta có:
η=π

g .H .d.r4 t
(3)
8.L.V

Nếu các phép đo được thực hiện ở cùng một nhớt kế, thì các đại lượng V,L,
H, r là các giá trị không đổi.
Khi đó:

η = K.d.t ; (4)

trong đó :
k=

g . H . r
π (5)
8.L.V

Được gọi là hằng số của nhớt kế. K được tính theo thời gian mà chất lỏng có
độ nhớt biết sẵn chảy qua nhớt kế.
K= ηo / do.to (6)