Luận Văn Nghiên cứu chế tạo nhựa dễ phân hủy sinh học đi từ tinh bột sắn dựa trên nền nhựa PVA

Khóa luận tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu chế tạo nhựa dễ phân hủy sinh học đi từ tinh bột sắn dựa trên nền nhựa PVA

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN . 4
1.1. Giới thiệu chung về polyme tự huỷ [9,12] 4
1.1.1. Khái niệm polyme . 4
1.1.2. Khái niệm polyme tự huỷ 4
1.2. Lịch sử phát triển của polyme tự huỷ [2] . 4
1.3. Sự khác nhau giữa polyme truyền thống và polyme dễ phân huỷ sinh
học [2] 5
1.4. Lợi ích của polyme tự huỷ [2,12] 7
1.5. Ứng dụng của polyme tự hủy 7
1.6. Các nghiên cứu trong lĩnh vực sản xuất polyme tự hủy . 12
1.6.1. Giới thiệu về polyme phân hủy sinh học 12
1.6.1.1. Phân hủy sinh học . 12
1.6.1.2. Chôn ủ . 13
1.6.1.3. Thủy phân – phân hủy sinh học và quang – phân hủy sinh học . 13
1.6.1.4. Bẻ gãy sinh học . 14
1.6.2. Năng lượng và chi phí cho sản xuất polyme tự hủy . 14
1.6.3. Quá trình phân huỷ polyme . 15
1.6.3.1. Sự phân huỷ polyme 15
1.6.3.2. Tác nhân gây phân hủy sinh học . 16
1.6.4. Sự giảm cấp sinh học. . 17
1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phân hủy sinh học 19
1.6.5.1. Ảnh hưởng của yếu tố môi trường. . 19
1.6.5.2. Ảnh hưởng đặc điểm của polymer 19
1.7. Một số loại nhựa dùng sản xuất bao bì sinh học 21
1.7.1. Vật liệu PLA . 22
1.7.2. Vật liệu PHA . 23
1.7.3. Vật liệu TPS 24
1.7.4. Vật liệu từ cellulose 24
1.7.5. Vật liệu từ Chitin và Chitosan 25
1.8. Một số loại Polyme tự nhiên phân hủy sinh học . 26
1.8.1. Polyxacarit 26
1.8.2. Tinh bột . 27
1.8.3. Xenlulozơ 30
1.8.4. Vật liệu PVA . 30
1.9. Triển vọng phát triển ngành polyme sinh học 31
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM . 33
2.1. Dụng cụ, hóa chất và nguyên liệu . 33
2.1.1. Dụng cụ . 33
2.1.2. Hóa chất và nguyên liệu 33
2.2. Quy trình chế tạo nhựa phân hủy sinh học . 33
2.2.1. Thu hồi tinh bột sắn 33
2.2.2. Tổ hợp tinh bột trên nền nhựa nhiệt dẻo PVA 34
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Đánh giá độ bền cơ lý của nhựa . 37
3.1.1. Độ bền cơ lý của nhựa chế tạo từ tinh bột sắn 37
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa thông đến độ bền kéo của nhựa . 39
3.2. Đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nhựa. 40
KẾT LUẬN 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 47
PHỤ LỤC 48


MỞ ĐẦU
Vật liệu polyme với sự phong phú về chủng loại và đa dạng về tính chất đã
có mặt khắp mọi lĩnh vực của cuộc sống. Theo số liệu năm 1996, mức tiêu thụ
vật liệu polyme bình quân tính theo đầu người tại các nước công nghiệp phát
triển khoảng gần 100 kg/năm và tại các nước đang phát triển từ 1 đến 10
kg/năm. Sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu polyme cũng kèm theo những vấn
đề liên quan đến môi trường cần phải giải quyết.
Lượng phế thải từ vật liệu polyme càng ngày càng tăng, ước tính từ 20
đến 30 triệu tấn/năm trên toàn thế giới. Những dạng phế thải từ nhựa nhiệt dẻo
như polyetylen, polypropylen, polystyren, polyvinyl clorua, hay các s ản phẩm
từ nhựa nhiệt rắn như epoxi, polyeste không no, polyuretan và các ch ế phẩm từ
cao su khi bị thải ra ảnh hưởng nặng nề đến môi trường do chúng tồn tại trong
đất thời gian khá lâu rất khó phân hủy. Nếu đem chôn lấp vừa tốn diện tích đất
vừa gây ô nhiễm cho nguồn nước và đất. Nếu dùng phương pháp đốt cũng tốn
kém và còn gây ô nhiễm môi trường do khói bụi, làm suy giảm tầng ozon và
sinh ra các chất độc hại hữu cơ khó phân hủy. Nếu dùng phương pháp tái sinh
thì cũng thu được sản phẩm có chất lượng không cao, mà giá thành lại không
phải là thấp.
Chính vì thế trong những năm gần đây, các nhà khoa học trên thế giới đã
tập trung nghiên cứu điều chế và ứng dụng vật liệu polyme dễ phân hủy khi thải
ra môi trường, nhằm mục đích ngăn ngừa sự ô nhiễm môi trường. Sở dĩ trên thế
giới có sự phát triển mạnh mẽ về nghiên cứu cũng như sử dụng polyme dễ phân
hủy là do những yêu cầu về bảo vệ môi trường ngày càng nghiêm ngặt. Mặt
khác do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, người ta có khả năng nghiên cứu biến
tính, tổ hợp để chế tạo ra những sản phẩm, vật liệu mới ưu việt hơn, trong tính
năng phục vụ đời sống con người và ít hoặc không gây ô nhiễm môi trường.
Trong thời gian gần đây tại một số quốc gia ở Châu Âu, Nhật Bản, Hàn
Quốc và Mỹ việc nghiên cứu và sử dụng polyme phân hủy do môi trường phát
triển rất mạnh mẽ. Năm 1992, tại Mỹ người ta đã tiêu thụ 550.000 tấn chất dẻo
tự hủy, năm 1997 là 1.193.000 tấn và năm 2000 theo ước đoán, khoảng chừng
3.000.000 tấn chất dẻo tự hủy sẽ được sử dụng. Tốc độ sử dụng chất dẻo tự hủy
do môi trường ở Châu Âu cũng tăng với mức trung bình khoảng 9%/năm trong
thập kỷ 90. Tại Nhật Bản, mức tiêu thụ sản phẩm polyme dễ phân hủy chiếm
khoảng 11% tổng toàn bộ lượng chất dẻo sử dụng. Người ta dự báo trong những
năm tới, Nhật Bản sẽ tăng mức sử dụng chất dẻo tự hủy lên 15%, giá trị sản
lượng nhựa tự hủy đạt đến 7 tỷ Yên.
Tại Việt Nam, nhận thức được tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường,
Chính phủ Việt Nam đã tiến hành hàng loạt biện pháp nhằm bảo vệ môi trường.
Tháng 6 năm 1991, kế hoạch quốc gia về môi trường và phát triển bền vững giai
đoạn 1991 - 2000 đã được Chính phủ thông qua. Bộ Chính trị Đảng cộng sản
Việt Nam đã ban hành chỉ thị 36-CT/ TƯ vào tháng 6 năm 1998 nhằm bảo vệ
môi trường Luật môi trường đã được ban hành vào năm 1994. Ngoài ra, Việt
Nam đã tham gia hàng loạt các Công ước quốc tế về môi trường. Liên quan đến
việc sử dụng vật liệu polyme, các cơ quan hữu quan đã phát động phong trào
giảm dùng túi đựng hàng bằng chất dẻo.
Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu và sử dụng polyme dễ phân hủy mới được đặt
ra trong thời gian rất gần đây, hiện nay đã có một số cơ sở nghiên cứu ở Việt
Nam như Viện Hóa học Công nghiệp (Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam, Bộ
Công nghiệp), Trung tâm nghiên cứu polyme (Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội), đã tiến hành nghiên cứu polyme phân hủy do môi trường và đã thu được
một số kết quả ban đầu.
Polyme dễ phân hủy được dùng chủ yếu để sản xuất các vật dụng như bao
bì, túi đựng, màng mỏng che phủ đất, bầu ươm cây giống .các vật dụng này sau
khi không sử dụng sẽ bị phân hủy không gây ô nhiễm môi trường sống. Polyme
dễ phân hủy cũng được dùng trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm kể cả ở điều
kiện tự nhiên cũng như làm lớp bao phủ thực phẩm bảo quản ở nhiệt độ thấp
(trong tủ lạnh). Ngoài ra polyme dễ phân hủy phân hủy do môi trường còn được
sử dụng trong một số lĩnh vực khác như y tế (chất mang thuốc).
Do nhu cầu bảo vệ môi trường trước việc phát sinh ngày càng nhiều chất
thải polyme khó phân hủy, lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng polyme dễ phân
hủy sinh học ngày càng phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên cũng cần phải thừa nhận
rằng còn rất nhiều thách thức trong lĩnh vực này, đòi hỏi sự nỗ lực nhiều hơn
nữa của đội ngũ cán bộ khoa học và công nghệ. Tại Việt Nam, với sự quan tâm
của Nhà nước, với sự cố gắng và sự hợp tác của các nhà nghiên cứu, kỹ thuật,
công nghệ, hy vọng chúng ta sẽ đạt được nhiều kết quả trong lĩnh vực nghiên
cứu và sử dụng polyme dễ phân phân hủy sinh học.
Với mong muốn bước đầu có thể tạo ra một loại polyme dễ phân hủy sinh
học đi từ tinh bột sắn – một loại tinh bột có sẵn, khá rẻ và chắc chắn sẽ dễ dàng
phân hủy trong điều kiện tự nhiên nhưng có nhược điểm là rất kém bền đặc biệt
không thể sử dụng trong môi trường nước, em đã chọn nghiên cứu đề tài khóa
luận tốt nghiệp: “Nghiên cứu chế tạo nhựa dễ phân hủy sinh học đi từ tinh bột
sắn dựa trên nền nhựa PVA”.
Nhiệm vụ chính của đề tài:
- Chế tạo nhựa sinh học từ tinh bột sắn kết hợp với nền nhựa PVA trong
dung môi Glyxerin với chất trợ tương hợp là nhựa thông.
- Khảo sát các đặc tính cơ lý của nhựa
- Khảo sát khả năng phân hủy sinh học của nhựa trong các điều kiện môi
trường khác nhau


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về polyme tự huỷ [9,12]
1.1.1. Khái niệm polyme
Polyme là những chất có khối lượng phân tử lớn, có kích thước cồng kềnh
nhưng cấu trúc phải được lặp đi lặp lại của những đơn vị cấu trúc ban đầu
(monome). Các thành phần lặp đi lặp lại gọi là các mắt xích của polyme.
1.1.2. Khái niệm polyme tự huỷ
Polyme tự huỷ (polyme phân huỷ sinh học) là một polyme được chuyển đổi
hoàn toàn thành khí cacbondioxit, nước, khoáng vô cơ và sinh khối do vi sinh
vật hoặc trong trường hợp giảm cấp sinh học yếm khí thì polyme sẽ chuyển đổi
thành khí cacbondioxit, metan và mùn mà không tạo ra chất độc hại cho môi
trường.
1.2. Lịch sử phát triển của polyme tự huỷ [2]
Các sản phẩm polyme tự nhiên như hổ phách, chất nhựa cây đã được con
người khai thác và sử dụng từ rất lâu trong lịch sử phát triển của loài người từ
thời La mã và trung cổ. Sau này thổ dân châu Mỹ đã cải tiến kỹ thuật để làm
muôi để múc và muỗng từ sừng động vật trước khi có những sản phẩm hiện đại.
Tại châu Âu, đúc đồ trang sức và hộp hoa đèn đã được phổ biến trong thế kỷ 18.
Sự thương mại hóa polyme chỉ bắt đầu vào giữa thế kỷ 19. Các nhà phát
minh người Mỹ đã tìm kiếm một vật liệu thay thế ngà voi trong sản xuất trái
banh bida vào năm 1969 bằng sáng chế từ một dẫn xuất xenlulozo.
Ngày nay nhu cầu về vật liệu polyme liên tục tăng và công nghiệp sản xuất
polyme là thành phần quan trọng trong nền kinh tế. Cùng với những áp lực từ
chất thải ngày càng tăng và giảm bớt các nguồn lực có khả năng về tái chế các
polyme tự nhiên và sử dụng chúng làm nguyên liệu cho chế tạo, công nghiệp và
nông nghiệp.
1.3. Sự khác nhau giữa polyme truyền thống và polyme dễ phân huỷ sinh học
[2]
Polyme phân hủy sinh học (polyme tự huỷ) được sản xuất chủ yếu hoặc hoàn
toàn từ nguồn tài nguyên tái tạo được. Sản xuất polyme tự huỷ thường tập trung
vào việc làm cho thuận tiện trong sinh hoạt và phù hợp ổn định với môi trường.
Polyme tự hủy có các thuộc tính:
- Chúng phân hủy được: nghĩa là được làm từ nguyên liệu tái tạo.
- Chúng được chế biến để thân thiện hơn với môi trường.
Polyme truyền thống đều không đáp ứng được với những thuộc tính này.
Polyme truyền thống rất khó để phân hủy và rất có hại với môi trường sống vì
chúng góp phần làm tăng lượng chất thải rắn và gây ô nhiễm môi trường.
Polyme truyền thống không tái tạo được, polyme phân hủy có thành phần chính
là các polyme tự nhiên nên rất dễ để các vi sinh vật phân hủy.
Có thể liệt kê các loại polyme truyền thống đang được ứng dụng trong đời
sống của chúng ta như sau:
- Polyme chuẩn
+ Polyethylen (PE)
-CH
2
-CH
2
-n
+ Polypropylen (PP)
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-n
+ Polyvinylchlorid (PVC)
-CH
2
-CHn
Cl
- Polyme kỹ thuật
+ Polycarbonate (PC)
+ Polyamide (PA)
+ Polyphenylester (PPE)
+ Polyethylen-buthylen-terephtalat (PET/PBT)


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Đỗ Đình Rãng (chủ biên) - Hoá Hữu Cơ 3 – Nhà xuất bản GDnăm 2009.
2. Phạm Ngọc Lân, Vật liệu polyme phân hủy sinh học – Nhà xuất bản bách
khoa HN
3. Clemons CM. Wood-Plastic Composites in the United States. The
interfacing of two industries. Forest Products Journal vol. 52, No. 6, June
2002.
4. Wolcott MP, Englund K. A technology Review of Wood-Plastic
Composites.
5. ASM Handbook, composites, vol. 21. 2001.
6. http://www.congnghehoahoc.org
7. http:// www.***********
8. http://www.**************
9. http://www.wikipedia.org
10. http://vi.scribd.com
11. http:// www.yeumoitruong.com
12. http:// www.vietnamplasticnews.com