Đọc truyện polymer phân huỷ sinh học - polymer phân huỷ sinh học

polymer phân huỷ sinh học

Trước Sau

Màu nền

Font chữ

Font size

Chiều cao dòng

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 4

1.Lí do chọn đề tài 6

2.Mục đích nghiên cứu

3.Nhiệm vụ nghiên cứu

4.Khách thể và đối tượng

5.Phương pháp nghiên cứu

6.Phạm vi nghiên cứu

7.Giả thuyết khoa học

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1.1.Giới thiệu chung về polymer tự huỷ 8

1.1.1.Khái niệm polymer 8

1.1.2.Khái niệm polymer tự huỷ 8

1.2.Lịch sử phát triển của polymer tự huỷ 8

1.3.Sự khác nhau giữa polymer tự huỷ và polymer truyền thống 9

1.4.Lợi ích của Polymer tự huỷ 11

1.5.Ứng dụng của polymer tự huỷ 12

CHƯƠNG II : POLYMER TỰ HUỶ

2.1.Sản xuất polymer tự huỷ 13

2.2.Năng lượng và chi phí cho sản xuất polymer tự huỷ 15

2.3.Quá trình phân huỷ polymer 16

2.3.1.Quá trình phân huỷ polymer

2.3.2.Sự giảm cấp sinh học và yếu tố ảnh hưởng 17

2.4.Một số vật liệu sản xuất polymer tự huỷ 20

2.4.1.Vật liệu PLA 21

2.4.2.Vật liệu PHA 23

2.4.3. Vật liệu TPS 24

2.4.4. Vật liệu từ Cellulose 25

2.4.5 Vật liệu từ Chitin và Chitosan 26

2.5.Một số vật liệu khác 27

2.6.Bao bì nhựa tự huỷ trong nông nghiệp 28

2.7.Xu thế phát triển của polymer tự huỷ trong tương lai 29

CHƯƠNG III :KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 29

TÀILIỆU THAM KHẢO 30

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1.Lí do chọn đề tài

Vật liệu polymer 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 polymer 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 polymer cũng kèm theo những vấn đề liên quan đến môi trường cần phải giải quyết.

Lượng phế thải từ vật liệu polymer 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, polymetylmetacrylat hay các sản phẩm từ nhựa nhiệt rắn như epoxi, polyeste không no, polyuretan và các chế 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 polymer phân hủy do 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 polymer phân hủy do môi trường là do những yêu cầu về bảo vệ môi trường ngày càng nghiêm ngặt. Mặt khác do sự tíến 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 Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Mỹ việc nghiên cứu và sử dụng polymer 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 polymer phân hủy do môi trường 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 polymer, 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 polymer phân hủy do môi trường 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 polymer (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội), đã tiến hành nghiên cứu polymer phân hủy do môi trường và đã thu được một số kết quả ban đầu.
     Polymer phân hủy do môi trường 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. Polymer phân hủy do môi trường 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 polymer 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 polymer khó phân hủy, lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng polymer phân hủy do môi trường 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 polymer phân hủy do môi trường.

2.Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu các vấn đề về polymer tự huỷ

3.Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu về polymer tự huỷ và các phương pháp sản xuất polymer tự huỷ cùng ứng dụng của chúng trong đời sống.

4.Khách thể và đối tượng nghiên cứu

Khách thể nghiên cứu : vật liệu polymer trong đời sống.

Đối tượng nghiên cứu : polymer tự huỷ.

5.Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lí luận: sách giáo khoa hoá hữu cơ 3 và tài liệu liên quan.

Nghiên cứu thực tiễn: tham khảo việc sản xuất và ứng dụng polymer tại các công ty, viện hoá học, trong đời sống.

Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Để kiểm tra và đánh giá tính khả thi của đề tài khi áp dụng vào thực tiễn thông qua việc sử dụng chúng vào trong đời sống.

6.Phạm vi nghiên cứu

Vật liệu về polimer đặc biệt là polimer tự huỷ

7.Giả thuyết khoa học

Nghiên cứu đề tài góp phần giúp sinh viên có những hiểu biết cơ bản về các vấn đề của polimer tự huỷ từ đó có những ý thức về việc sử dụng vật liệu polimer góp phần giữ gìn và bảo vệ môi trường.

CHƯƠNG I :CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1.1.Giới thiệu chung về polymer tự huỷ

1.1.1.Khái niệm polymer

Polymer 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 (monomer).Các thành phần lặp đi lặp lại gọi là các mắt xích của polymer

1.1.2.Khái niệm polymer tự huỷ

Polymer tự huỷ (polymer phân huỷ sinh học) là một polymer được chuyển đổi hoàn toàn thành khí cacbondioxide,nước,khoáng vô cơ và sinh khối do vi sinh vật hoặc trong trường hợp giảm cấp sinh học yếm khí thì polymer sẽ chuyển đổi thành khí cacbondioxide,metan và mùn mà không tạo ra chất độc hại.

1.2.Lịch sử phát triển của polymer tự huỷ

Các sản phẩm polymer tự nhiên như hổ phách, sen-lăc (chất nhựa cây ở dạng những tờ hoặc mảnh mỏng, dùng để làm vécni), gutta-percha 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 polymer 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 banh bida, và năm 1969 bằng sang chế một dẫn xuất cellulose.

Ngày nay nhu cầu về vật liệu polymer liên tục tăng và công nghiệp sản xuất polymer 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 polymer tự nhiên và sử

dụng chúng làm nguyên liệu cho chế tạo và công nghiệp và nông nghiệp.

1.3.Sự khác nhau giữa polymer truyền thống và polymer phân huỷ

Polymer phân hủy sinh học (polymer tự huỷ) được sản xuất chủ yếu hoặc hoàn toàn từ nguồn tài nguyên tái tạo được . Sản xuất polymer tự huỷ thường tập trung vào việc làm cho thuận tiện trong sinh hoạt và phù hợp ổn định với môi trường.

Polymer tự hủy có các thuộc tính:

-Chúng phân hủy được.
-Chúng được làm từ nguyên liệu tái tạo.
-Chúng được chế biến để thân thiện hơn với môi trường.

Polymer truyền thống đều không đáp ứng được với những thuộc tính này. Polymer 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. Polymer truyền thống không tái tạo được, polymer phân hủy có thành phần chính là các polymer tự nhiên nên rất dễ để các vi sinh vật phân hủy.

Có thể liệt kê danh mục các loại polyme truyền thống đang được ứng dụng trong đời sống của chúng ta như sau:
- Polyme chuẩn:
+ Polyethylen (PE)

+ Polypropylen (PP)

+ Polyvinylchlorid (PVC)

  + Polystyrol (PS)
  + Phenolharza (PF)
- Polyme kỹ thuật:
+ Polycarbonate (PC)
+ Polyamide (PA)
+ Polyoxymethylen (POM)
+ Polyphenylester (PPE)
+ Polyethylen-buthylen-terephtalat (PET/PBT)
+ Polymethyl-methacrilat (PMMA)
+ Acrylnitril/Butadien/Styrol (ABS)
+ Polycarbonat/ABS/Blends
+ Polyurethane (PUR)
- Polyme đặc biệt:
+ Liquidscristalline polyme (LCP)
+ Fluorpolyme
+ Polyphenyl sulfit (PPS)
+ Polyrtherketon
+ Polyimide
+ Polyphenylene (PPP)
+ Polybenzimidazol (PBI)

+ Polylactide (PL)
Các loại polymer kỹ thuật và polymer đặc biệt gọi chung là polymer chất lượng cao, dùng trong các lĩnh vực công nghệ cao. Trong số đó, chỉ có Polybenzimidazol (PBI), Polyimide, Polylactide, Polyamide có khả năng phân hủy sinh học.
Sự khác biệt trong cấu trúc các loại polymer không phân hủy sinh học với các polymer phân hủy sinh học là các nguyên tố tạo nên sự sống trên trái đất (C,H,O,N,S,P). Những polymer mạch thẳng có chứa các nhóm chức dễ dàng tham gia vào các phản ứng oxi hóa khử trong điều kiện môi trường tự nhiên để rồi với sự tấn công của các vi khuẩn, chúng tan rã theo thời gian. Những polymer tuy có chứa nguyên tố oxi như polystyrol, nhưng với cấu trúc có vòng

benzen, khả năng thâm nhập của phản ứng oxi hóa khử trong điều kiện tự nhiên thấp hơn, các vi sinh vật khó tấn công hơn, làm cho thời gian tự phân hủy của nó kéo dài. Đối với các polymer chỉ có nhóm C-H thì thời gian phân hủy của nó càng dài hơn. Và sẽ là vĩnh cửu nếu nó tồn tại dưới dạng C-C như than đá hay kim cương. Một sự khác biệt nữa là cùng với sự phân hủy (mà thời gian là rất dài, khoảng 450 năm), các polymer truyền thống có thể để lại di hại trong đất, nước, không khí, trong khi các polymer PHSH (phân huỷ sinh học) là thức ăn cho các chủng vi sinh vật, nên không để lại di hại nào cho môi trường.
Do có sự khác biệt về cấu trúc như trên nên polymer phân huỷ sinh học không có độ dai, bền như các polymer truyền thống. Vì lẽ đó, cần thiết phải có một dạng vật liệu tương ứng tính năng của polymer truyền thống để thay thế.

Nghiên cứu tổng hợp polymer phân huỷ sinh học có các tính năng tương tự như polymer truyền thống mà quá trình phân hủy của nó do các vi khuẩn đảm nhiệm, không đòi hỏi năng lượng, không tạo ra các chất độc hại cho môi trường là một nhiệm vụ của khoa học ngày nay.

1.4.Lợi ích của polymer tự huỷ

Lợi ích về môi trường của polymer phân hủy phụ thuộc vào cách xử lý thích hợp.Polymer phân hủy không phải là một liều thuốc tuy nhiên các nhà khoa học cho rằng một bất lợi về môi trường do phân hủy polymer gây ra là cacbon giải phóng vào không khí như là một khí nhà kính. Tuy nhiên polymer phân hủy từ chất liệu tự nhiên như dẫn trồng rau hoặc các sản phẩm động vật, cô lập CO2 trong giai đoạn phát triển, chỉ giải phóng CO2 trong giai đoạn phân hủy, vì vậy không thu dòng khí thải cacbon dioxitde.

Polymer phân hủy yêu cầu một môi trường cụ thể của độ ẩm và oxi thích hợp để phân hủy.Polymer tự hủy có thể thay thế dạng

không phân hủy trong các dòng chất thải, làm phân trộn, là công cụ quan trọng để chuyển hướng số lượng lớn chất thải khác từ bãi rác.

Những ưu điểm của polymer tự hủy: trọng lượng nhẹ, chi phí tương đối thấp, khả năng phân hủy hoàn toàn và đầy đủ trong một cơ số phân trộn. Thay vì cố gắng tái chế một số lượng tương đối nhỏ, polymer tự hủy có thể dễ dàng kết hợp với các chất thải hữu cơ khác, qua đó cho phép phân trộn có vị thế cao hơn chất thải rắn. Polymer tự hủy làm giảm gánh nặng trong việc phân hủy và xử lý chất thải trong các bãi rác. Việc sử dụng polymer tự hủy được xem như một khả năng khác trong việc xử lý chất thải ngoại trừ việc đốt ra tro hoặc chôn chất thải xuống đất.

1.5. Ứng dụng của polymer tự hủy.

Để có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế thì polymer tự huỷ cần phải cạnh tranh được với các sản phẩm polymer hiện nay, phải được phát triển bền vững nhờ các tính chất: linh hoạt, đàn hồi, độ dẻo và trên hết là tính bền. Các tính chất này là đã giúp polymer truyền thống có chỗ đứng trên thị trường, phát triển và hoàn thiện các tính chất này là mục tiêu chính của các nghiên cứu polymer phân hủy trong nhiều năm qua.

Có rất nhiều nghiên cứu hiện nay có liên quan đến phương pháp phân hủy polymer, ngoài ra còn có những nghiên cứu về kiểm soát thời gian phân hủy polymer.Một trong những mục tiêu của những nghiên cứu này là để tạo ra một sản phẩm mà chúng ta có thể kiểm soát được quá trình phân hủy của các sản phẩm nhựa theo ý muốn của chúng ta.

Màng bao phủ bằng nhựa phân hủy: Màng bao phủ được đặt trên mặt đất xung quanh cây trồng để kiểm soát sự tăng trưởng của cỏ dại và giữ độ ẩm. Bình thường, nông dân sử dụng nhựa polyetylen đen được kéo lên sau khi thu hoạch. Tuy nhiên khảo nghiệm bằng cách sử dụng màng bọc bao phủ phân hủy trên các loại cây trồng cà chua và ớt đã cho thấy nó thực hiện cũng như các màng polyethylene nhưng chỉ đơn giản là cấy vào mặt đất sau khi thu hoạch. Nó dễ dàng hơn và nó làm đất giàu cacbon hơn.

CHƯƠNG 2 : POLYMER TỰ HUỶ

2.1 Sản xuất polymer tự hủy

Polymer tự hủy được các nhà máy sản xuất dựa trên các tài liệu nghiên cứu đã có sẵn trong nhiều năm qua. Tuy nhiên chi phí để sản xuất polymer tự hủy là rất cao có nghĩa là chi phí sản xuất là yếu tố chính ngăn cản polymer tự hủy thay thế polymer truyền thống trên thị trường hiện nay.

Polymer tự hủy thường được sản xuất bằng hai hình thức: tiêm đúc (rắn, hìnhdạng 3D), thường ở dạng các dịnh vụ tiện ích thực phẩm, và phim ảnh, thường đóng gói trái cây hữu cơ và bộ sưu tập túi cho lá cây và cỏ trang trí,nông nghiệp.

Sản xuất: Trong nỗ lực để khắc phục những thiếu sót, các nhà nghiên cứu đã tìm cách phát triển các sản phẩm polymer tự hủy được làm từ nguồn tái tạo, như thực vật chẳng hạn. Polymer truyền thống không phân hủy là vì các phân tử polymer của nó quá lớn và liên kết chặt chẽ với nhau để được chia ra và đồng hóa bởi các vi sinh vật.Tuy nhiên polymer tự hủy được làm từ lúa mì và tinh bột ngô có các phân tử dễ dàng được tấn công và chia nhỏ bởi các vi sinh vật.

Tinh bột là các polymer tự nhiên. Các loại cây ngũ cốc và củ thường có chứa tỷ lệ lớn tinh bột.Nhưng một đặc điểm cố hữu của tinh bột là dễ hòa tan trong nước vì vậy polymer được làm từ tinh bột sẽ bị trương lên và biến dạng khi tiếp xúc với độ ẩm, hạn chế việc sử dụng của nó. Vấn đề này được khắc phục bằng cách sửa đổi những tinh bột vào những polymer khác nhau. Trước tiên tinh bột được thu hoạch từ cây ngô, lúa mì hoặc khoai tây, sau đó vi sinh vật biếnnó thành axit lactic, một monomer. Cuối cùng, các phân tử của axit lactic được liên kết thành chuỗi dài hoặc polymer .Sau đó chúng liên kết với nhau để tạo thành polylactide (PLA). PLA có thể dùng cho các sản phẩm như chậu cây và tã dùng một lần. nó đã được thương mại hóa từ năm1990, và một số pha trộn đã tỏ ra hiệu quả trong việc cấy ghép. Tuy nhiên vì nó đắt hơn polymer thông thường, nó đã không thành công trong việc dành được sự chấp nhận rộng rãi của người tiêu dùng.

Polymer cũng có thể được sản xuất bởi vi khuẩn. một cách làm polymer tự hủy liên quan đến việc sản xuất hạt nhựa từ bên trong tế bào vi khuẩn có tên polyhydroxyalkanoate(PHA). Vi khuẩn được nuôi cấy và polimer được thu hoạch từ tế bào của vi khuẩn. các nhà khoa học đã lấy gen từ các vi khuẩn và cấy chúng vào cây bắp và sau đó sản xuất nhựa trong các tế bào riêng của nó.

- Chất thải động vật có cơ hội trở thành nhựa phân hủy.

Một nghiên cứu được phát triển tại trường đại học trên thế giới sẽ cho phép các chất thải động vật được chuyển thành nhựa có ích và phân hủy. quy trình mới được phát triển trong hơn hai năm có thể biến rác thải bữa ăn đạm động vật như máu và lông thành một loại polymer tự hủy bằng cách sử dụng tiêu chuẩn đùn nhựa và tiêm khuôn máy móc.

Việc sử dụng chất thải có giá trị thấp để tạo ra một ản phẩm có giá trị cao mà không gây ô nhiễm môi trường. các vật liệu chúng ta có thể sản xuất có thế mạnh của polyethylene được sử dụng trong chai sữa và các túi nhựa siêu thị nhưng nó phân hủy hoàn toàn.

Ở Việt Nam, chúng ta đã sản xuất được Polymer hủy theo công nghệ của nước ngoài.Công ty cổ phần văn hóa Tân Bình ( công ty ALTA) đã sản xuất được bao bì nhựa tự hủy theo công nghệ nước ngoài

Công nghệ sản xuất polymer tự hủy tương tự như công nghệ sản xuất bao bì thường, nhưng trong quá trình sản xuất có thêm chất phụ gia để chúng có thể tự phân hủy. Quá trình sản xuất vẫn cho phép in ấn sản phẩm như các loại thông thường.

Thời gian để một sản phẩm phân hủy là từ 3 tháng đến lâu hơn tùy theo yêu cầu của khách hàng. Sau thời gian trên, chúng tự phân hủy,phân rã ra thành một loại bột mịn. Trong môi trường yếm khí như bãi rác, sản phẩm polymer càng phân hủy nhanh hơn.

2.2 Năng lượng và chi phí cho sản xuất polymer tự hủy.

Các nhà nghiên cứu khác nhau đã tiến hành đánh giá chu kì tuần hoàn rộng lớn của polymer phân hủy để xác định xem các polymer phân hủy có nhiều hiệu quả về năng lượng hơn polymer do nguyên liệu hóa thạch thông thường dựa trên cách thức, phương tiện sản xuất. Nghiên cứu ước tính rằng các năng lượng hóa thạch cần thiết để tạo 1kg polyhydroxyalkanoate(PHA) là 50,4MJ/kg, Akiyama cũng ước tính giá trị khoảng 50-59MJ/kg. Polylactide (PLA) có chi phí năng lượng nhiên liệu hóa thạch trong khoảng 54-56,7MJ. Nature works thực hiện sản xuất một kg PLA với 27,2MJ nhiên liệu hóa thạch và dự đoán rằng con số này có thể giảm xuống 16,6MJ/kg ở thực vật thế hệ kế tiếp của họ. Ngược lại,polypropylene và polyethylene mật độ cao đòi hỏi 85,9 và 73,7MJ/kg tương ứng. những giá trị này bao gồm cả năng lượng của nguyên liệu nhúng vì nó được sản xuất dựa vào nguyên liệu hóa thạch.

Ngày nay,công nghệ sản xuất PHA dang được phát triển, mức tiêu thụ năng lượng có thể được giảm hơn nữa bằng cách loại bỏ các bước lên men, hoặc bằng cách chất thải thực phẩm làm nguyên liệu sản xuất. Việc sử dụng các loại cây trồng khác như ngô, mía đường dự kiến sẽ có năng lượng thấp hơn yêu cầu sản xuất PHA bởi quá trình lên men, bã mía được sử dụng như một nguồn năng lượng tái tạo.

Có nhiều polymer phân hủy sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo (PHA,PLA, tinh bột) cũng cạnh tranh với sản xuất nguyên liệu chính là Ngô. Mức độ phân hủy polymer được đo bằng nhiều cách. Các hoạt động của vi khuẩn arobic có thể được đo bằng lượng oxi chúng tiêu thụ hoặc lượng cacbon dioxide nó sản xuất được.Hoạt động của vi khuẩn kị khí và số lượng khí mê tan thoát ra. PLA,PHA có chi phí sản xuất đắt hơn và chưa được thay thế sử dụng rộng rãi trong đời sống so với sản phẩm truyền thống. Sản phẩm nhựa phân hủy hiện nay trên thị trường thường đắt hơn từ 2- 10 lần so vớiếnản phẩm truyền thống. Nhưng với chi phí như vậy, nhựa truyền thống không phản ánh đầy đủ tác động của nó đến môi trường.

Nếu các tác động đến môi trường và các chi phí liên quan được xem xét đầy đủ thì polymer truyền thống sẽ có chi phí nhiều hơn và sản phẩm polymer tự hủy sẽ có thể cạnh tranh hơn với sản phẩm polymer truyền thống trên thị trường.Nếu chi phí là một rào cản lớn đến sự thu hút của sản phẩm polymer tự hủy đến người tiêu dùng thì biện pháp giải quyết vấn đề đó là nghiên cứu tìm ra các phương thức sản xuất có chi phí thấp để sản xuất sản phẩm polymer tự hủy.

2.3 Quá trình phân huỷ polymer.

Đầu tiên polymer sẽ trải qua sự suy thoái hóa học bằng cách thủy phân và oxi hóa tương ứng. Điều này dẫn đến sự tan rã thể chất của polymer và giảm đáng kể trọng lượng phân tử của nó.Các chất xúc tác và các chất phụ gia được sử dụng để đẩy mạnh quá trình phân huỷ. Các chất xúc tác,phụ gia có nhiều loại và được phổ biến rộng rãi trong thiên nhiên, được sử dụng phổ biến trong nhiều nghành công nghiệp.

Polymer chuyển đổi thành cacbondioxide, nước và sinh khối.Chúng phân huỷ tạo ra metan trong điều kiện yếm khí.Chúng có thể được làm từ nguồn tài nguyên nông nghiệp như ngô, lúa mì, mía…

2.3.1 Quá trình phân huỷ:

-Phân hủy theo sự tương tác với nước(có tham gia của quá trình thủy phân), sau đó có sự tham gia của vi sinh vật.

-Phân hủy theo sự tương tác với ánh sáng mặt trời (một quá trình gọi là photolysis), sau đó có sự tham gia của vi sinh vật.

Vấn đề là thời gian phân huỷ là bao lâu thì chấp nhận được và đo lường như thế nào. Thời gian cần đủ để chất liệu gốc carbon phân hủy có thể kéo dài đến hàng ngàn năm. Do vậy, không phải mọi chất liệu gốc carbon có thể giảm cấp sinh học (giảm thời gian tồn tại) . Chỉ có những vật liệu đạt mức độ giảm cấp sinh học chấp nhận được trong một khoảng thời gian hạn định thì mới có thể gọi là vật liệu có khả năng phân hủy sinh học (tự huỷ).

2.3.2Sự giảm cấp sinh học và yếu tố ảnh hưởng
     Sự giảm cấp trong suốt thời gian hữu dụng
     Sự giảm cấp của một chất dẻo được định nghĩa là sự biến đổi gây hủy hoại trong diện thể, cấu trúc hóa học, cơ lý tính. Điều này là quan trọng để phân biệt giữa sự khởi đầu của quá trình giảm cấp ( hình thành trong máy đùn ở nhiệt độ 20000C nhưng có kiểm soát) và sự xuống cấp của nó trong quá trình sử dụng. Quá trình giảm cấp dẫn đế sự hư hỏng được trì hoãn nhờ các chất ức chế chuyên biệt. Chất ức chế giúp kéo dài tuổi thọ của chất dẻo. Nhiệt độ, bức xạ tia cực tím là các yếu tố xúc tiến làm giảm cấp vật liệu. Sự giảm cấp của chất dẻo nông nghiệp trong quá trình sử dụng là do sự kết hợp của các yếu tố trên mà chủ yếu là bức xạ cực tím. Sự giảm cấp này có thể kiểm soát có mực độ bằng việc sử dụng các phụ gia phù hợp.
Sự giảm cấp sau khi sử dụng
    Sự giảm cấp của chất dẻo thải sau khi sử dụng trong nông nghiệp liên quan trực tiếp đến các lựa chọn tiêu hủy. Trong bất kỳ trường hợp, sự giảm cấp chất dẻo thải nông nghiệp không được gây ra ô nhiễm đất và môi trường tính cả cảnh quan. Việc mô tả sự giảm cấp của chất dẻo, đo lường và kiểm soát sự giảm cấp bị phức tạp bởi 3 yếu tố chính.
- Các cơ chế:

Chất dẻo có thể giảm cấp theo nhiều hướng một cách liên tiếp hay cùng một lúc. Chất dẻo bị phân mảnh bằng lực cơ học. Sự phân mảnh đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn đầu của sự giảm cấp. Các thay đổi hóa học có thể xảy ra và bắt đầu với sự giảm cấp vô sinh. Sự giảm cấp hóa học xảy ra thông qua các phản ứng của chất dẻo với hóa chất nông nghiệp hoặc các hóa chất khác. Sự giảm cấp đi từ các phản ứng hóa thường liên quan đến sự cắt mạch- sự phân mảnh của các mạch polymer. Sự bào mòn bề mặt là kết quả của sự cách mạch thông qua phản ứng thủy phân. Ở điểm nào đó, một số chất dẻo có thể bị tấn công hiệu quả bởi vi sinh vật - điểm khởi đầu của giảm cấp sinh học.

Sự giảm cấp sinh học thường được xem bao gồm sự thủy phân có xúc tác men và thủy phân không có xúc tác men. Sự giảm cấp do men có thể xảy ra bởi men ngoại bào và cả bởi men nội bào. Cả hai cho kết quả cắt mạch polymer thành những phân đoạn ngắn và nhỏ hơn. Các men có thể vừa là men nội bào mà nó có thể tách các liên kết trong mạch hoặc vừa là men ngoại bào mà nó có thể tách các liên kết giữa các đơn vị monomer một cách tuần tự. Men nội bào tách liên kết trên mạch một cách ngẫu nhiên đưa đến sự giảm trọng lượng phân tử một cách nhanh chóng. Sự tách tuần tự các phân đoạn bởi men ngoại bào làm giảm trọng lượng phân tử ít thấy rõ hơn. Dưới một số điều kiện môi trường, vi sinh vật giúp cho sự giảm cấp polymer thông qua sự tiêu hóa, nhai và bài tiết. Tất cả những cơ chế trên là những hướng tiềm năng cho sự giảm cấp polymer.
- Các điều kiện môi trường:

Sự giảm cấp polymer phụ thuộc vào môi trường mà chất dẻo đang ở trong đó trong suốt quá trình sử dụng hoặc trong quá trình tiêu hủy sau đó. Động học giảm cấp polymer tùy thuộc vào môi trường là không khí khô hay ẩm, đất trồng, đất xây dựng, mùn, nước cống, nước ngọt hay nước biển. Mỗi môi trường đều có tính đặc thù riêng biệt theo sự khác biệt nồng độ oxy, nước, hóa chất khác, ánh sáng ngày, và hệ vi sinh vật gây giảm cấp. Tùy theo bản chất môi trường mà cơ chế giảm cấp cho hiệu quả cao hoặc thấp . các yếu tố môi trường được tìm thấy có ảnh hưởng đến sự giảm cấp gây ra bởi vi sinh vật bao gồm nhiệt độ, hàm lượng ẩm, áp suất không khí, áp suất oxy, nồng độ acid và kim loại, và mức độ phơi sáng. Các yếu tố liên quan đến vi sinh là nồng độ vi sinh, có hay không có mặt men có thể thủy giải polymer, nồng độ men, sự hiện diện dinh dưỡng dạng vết cho vi sinh vật và sự hiện diện chất ức chế. Nếu thiếu bất kỳ yếu tố được đòi hỏi nào, hoặc sự hiện diện của yếu tố thấp dưới mức chuẩn , sự giảm cấp sinh học sẽ không những bị chậm lại mà còn ngưng toàn bộ cho đến khi gặp điều kiện thuận lợi.
-Thành phần trong polymer:

Bên cạnh yếu tố môi trường, cơ chế và tốc độ giảm cấp cũng phụ thuộc vào thành phần hóa học trong polymer. Đặc biệt tốc độ giảm cấp sinh học phụ thuộc vào đặc tính polymer bởi vì chúng là cơ chất cho men. Một yếu tố xác định chúng có thể khả năng tự hoại hay giảm cấp sinh học của một polymer là bản chất của liên kết hóa học hiện diện trong mạch polymer. Cấu trúc hóa học của polyolefin là các nối đơn carbon-carbon trong mạch chính. Các nối đơn carbon-carbon làm cho polyolefin mang tính kỵ nước. Do đó chúng không thể bị thủy phân. Chúng có thể được giảm cấp thông qua cơ chế oxy hóa nhưng không dễ thực hiện vì quá trình gia công vật liệu đã làm tăng khả năng kháng chịu oxy hóa. Chúng ta biết là các chất chống oxy hóa được cho vào để làm tăng khả năng bền chịu các cơ chế giảm cấp. Bên cạnh bản chất liên kết hóa học trong polymer, sự phân nhánh và hóa học lập thể cũng có vai trò quan trọng vì men có phản ứng chọn lọc lên các vị trí đặc biệt trong mạch polymer. Trọng lượng phân tử và độ mềm dẻo của mạch polymer cũng quan trọng không kém vì nó liên quan đến độ kết tinh. Mức độ kết tinh trong polyolefin ảnh hưởng đến sự thâm nhập oxy . Sự oxy hóa chủ yếu chỉ xảy ra trong vùng vô định hình của polyolefin.

2.4.Một số vật liệu sản xuất polymer tự huỷ.

Hiện nay, vật liệu bao bì sinh học chủ yếu từ polymer sinh học chẳng hạn như: tinh bột, cellulose,protein, pullulan, gelatin… và các monomer từ cácchất hữu cơ lên men. Vật liệu từ tinh bột: đây là nguồn nguyên liệu phong phú, có sẵn và rẻ tiền.Tinh bột có 2 thành phần là Amilose và Amilopectin. Trong tự nhiên, tinh bột có nhiều ở ngũ cốc, một số loại rau củ và một số loại đậu.Hạt tinh bột có thể được kết hợp với polymer truyền thống, đặc biệt kết hợp với polyolefins. Khi đó polymer sẽ được phân hủy bởi vi sinh vật, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột, làm tăng độ xốp tạo khoảng trống làm mất tính nguyên vẹn của mạng polymer
Có 3 loại polymer phối trộn: polyhydroxylalkanoates(PHA), polylacticacid(PLA), thermoplastic tinh bột(TPS). Ba loại này đang được quan tâm trong những năm gần đây.PLA được sản xuất từ sự lên men tinh bột (chủ yếu là tinh bột bắp). Loại polymer này tiêu tốn ít năng lượng hơn plastic. Mặc dù những polymer này rất thân thiện với môi trường nhưng vẫn chưa được sử dụng rộng rãi do chiphí sản xuất còn cao. Polymer TPS là polymer 100% từ tinh bột đã có chỗ đứng trên thị trường. Nó có ưu điểm là chi phí năng lượng, giá cả thấp hơn so với polymer truyền thống. Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn nhiều rào cản khiến chúng chưa được sử dụng rộng rãi như sự hoài nghi của người tiêu dùng, chi phí nguyên liệu, chi phí kỹ thuật.Để vượt qua những rào cản đó chúng ta phải có những chính sách như sau:

- Đưa ra những nghiên cứu mở rộng về việc đóng gói bao bì có bổ sung khí quyển.

- Tiếp tục nhắm vào các mặt hàng ở của hàng tạp hóa, các sản phẩm trái cây, rau, sản phẩm snack cho trẻ em và thực phẩm cho vật nuôi trongnhà

- Tìm kiếm sự đồng tình,ủng hộ của các tổ chức có quan tâm đến vấn
đề môi trường như: các trường đại học, cao đẳng, các tổ chức khác có
quan tâm đến vấn đề này.

- Nhấn mạnh vào sự tiện ích bởi vì có rất nhiều người không quan tâm đến môi trường và sự tiện ích của polymer sinh học.

2.4.1 Vật liệu PLA

PLA một loại polymer sinh học được sản xuất bằng nguồn nguyên liệu tự nhiên và có thể tái tạo được. Nguyên liệu sản xuất PLA là bột bắp hoặc những chất giàu tinhbột như bột lúa mì. Đặc biệt, loại polymer này có thể phân hủy sinh học trong vóng 2 tháng ở điều kiện lý tưởng.

PLA sẽ được dùng làm vật liệu để sản xuất bao bì phân bón, thực phẩm và các loại bát đĩa dùng một lần. Nó cũng được sử dụng trong một số ứng dụng y sinh như chỉ phẫu thuật, các thiết bị đặt trong cơ thể và các thiết bị truyền thuốc.

So với thời điểm ra đời cách đây vài năm, giá cả PLA đã giảm xuống nhưng nó vẫn đắt hơn polymer sản xuất từ dầu hỏa. Hiện tại, đội nghiên cứu đã thành công trong việc đơn giản hóa quá trình sản suất PLA, giúp giảm chi phí sản xuất. Điều này có nghĩa là chẳng bao lâu nữa chúng ta có thể nhìn thấy nhựa dẻo PLA được sử dụng rộng rãi trong đời sống.

Trước đó, PLA được sản xuất qua 2 bước: lên men và tiến hành phản ứng trùng hợp, rất phức tạp và tốn kém. Nhưng bằng cách sử dụng công nghệ chuyển hóa vi khuẩn E. Coli, đội nghiên cứu thuộc Trường ĐH KAIST (HànQuốc) và công ty hóa chất LG Chem đã phát triển thành công quy trình sản xuất PLA và các chất đồng trùng hợp của nó chỉ qua một giai đoạn là quá trình lên men trực tiếp. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất ra PLA và chất đồng trùng hợp (gồm muối lactat), tăng khả năng đưa vào sản xuất đại trà loại polymer này. Ý tưởng sản xuất polymer từ sinh khối có thể tái tạo thu hút được sự quantâm của nhiều người do lo ngại ô nhiễm môi trường và suy giảm của nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng tăng.

PLA được xem như một sự thay thế tuyệt vời cho nhựa dẻo sản xuất bằng dầu mỏ nhờ khả năng phân hủy sinh học và ít độc hại hơn đối với sức khỏe con người.

Những vật liệu đóng gói bằng plastic vững chắc, sạch được sử dụng phải thỏa mãn điều kiện: không đắt tiền, nhẹ, không thấm khí, không thấm nước và dầu.

Người ta sản xuất PLA dựa vào nguồn nguyên liệu từ tinh bột bắp. Bắp được xay và cán sau đó sẽ được đường hóa thành các dextrin. Các dextrin này sẽ được chuyển thành axit lactic qua quá trình lên men. Và rồi sẽ được cô đặc, lúc này 2 phân tử lactic sẽ kết hợp lại thành cấu trúc vòng gọi là lactid.Hợp chất lactid này sẽ được làm sạch qua quá trình chưng cất sau đó chúng sẽ được trùng hợp tạo chuỗi polymer mạch dài. Để có nhiều loại thì ta có thể thay đổi phân tử lượng hoặc độ trong. Bằng cách thêm vào nhiều chất bổ sung ta sẽ có vật liệu PLA.

Ngoài ra sản xuất polylactic acid từ vỏ quả dưa hấu.

Hiện nay nguồn nguyên liệu từ vỏ quả dưa hấu rất dồi dào, giá trị không cao nên tận dụng sản xuất bao bì sẽ phù hợp.Vỏ dưa hấu sau khi được nghiền (nếu vỏ khô bỏ thêm nước) rồi tiến hành lên men acid lactic để thu được dung dịch acid lactic. Sau đó tiến hành kết tinh để tinh sạch lactic rồi tiến hành polyme hóa ta thu được polylactic acid. Sau đó định hình theo hình dạng theo yêu cầu.

Sau đó vật liệu này sẽ được bán cho các công ty và nó sẽ được gia công thêm để cho ra sản phẩm cuối cùng. Sau một thời gian sử dụng thì PLA sẽ được hủy đi hoặc được tái chế lại. Mặc dù có nhiều ích lợi đối với môi trường nhưng vẫn có nhiều khía cạnh kỹ thuật cần giải quyết.

ví dụ: Tinh bột rất dễ tương tác với nước nên nhiều thuộc tính của PLA phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm. Điều này có nghĩa là PLA sẽ không được sử dụng trong thị trường chai lọ. Mặt khác PLA chịu được nhiệt độ tối đa là khoảng 114 độ F. nếu vượt qua nhiệt độ này thì PLA sẽ tan chảy.dđdan

2.4.2 Vật liệu PHA

Polyhydroxylalkanoates hay PHA là một vật liệu polymer khác có nhiều hứa hẹn. polymer này đang dược nghiên cứu để thay thế cho bao bì plastic.Các nhà sinh học đã biết đến sự tồn tại của PHA từ năm 1925 trong tế bào vi khuẩn. Nhiều loại PHA được tổng hợp từ các nguồn cacbon, vi sinh vật hữu cơ khác nhau và qua các quá trình gia công.

Có 2 phương pháp để tổng hợp nên PHA :

- Phương pháp lên men gồm: Trồng các cây trồng như bắp rồi thu hoạch,tách chiết glucose từ cây trồng sau đó lên men đường trong tế bào có chứa PHA, rửa và xoáy đảo tế bào để giải phóng PHA sau cùng là cô đặc và phơi khô trong khuôn.

- Quá trình tổng hợp dựa vào sự phát triển PHA trong tế bào cây trồng là một kỹ thuật đang được theo đuổi. Quá trình này giống với quá trình đã mô tả ở trên nhưng bỏ qua giai đoạn lên men. Người ta sử dụng một lượng lớn dung môi để trích ly nhựa từ cây trồng, sau đó tìm cách loại dung môi đi do đó rất tốn kém về năng lượng.Một ưu điểm của PHA so với PLA là khả năng tự phân hủy của nó rất là cao và dễ tổng hợp. Khi được đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên thì nó sẽ tự phân hủy thành CO2 và nước. Điều này giúp nó có nhiều ứng dụng trong cuộc sống.

2.4.3 Vật liệu TPS:

TPS(Thermoplastic starches) là vật liệu polymer 100% bằng tinh bột có thể chứa chất dẻo chịu nhiệt.Thermoplastic starches đã có nhiều bước phát triển trong ngành công ngiệp polymer sinh học. Những polymer này được tạo ra từ tinh bột bắp, lúa mì,khoai tây.

Thermoplastic starches (TPS) khác PLA và PHA là chúng không qua giai đoạn lên men. Để có những thuộc tính giống như plastic, TPS được trộn với các vật liệu tổng hợp khác.Tinh bột liên kết với các polymer tổng hợp khác, với hàm lượng tinh bột có thể lớn hơn 50% sẽ tạo nên các loại plastic mà đáp ứng được nhu cầu thị trường.

TPS gồm 2 loại:
EAA(copolyme là ethylen- acrylic acid): được nghiên cứu từ năm 1977.

Nhược điểm của loại plastic này là nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường,dễ bị rách trượt và không được phân hủy hoàn toàn bởi vi sinh vật.Starch/ vinyl alcohol copolymers: tùy vào điều kiện gia công, loại tinh bộtvà thành phần của copolymes sẽ tạo nên nhiều loại plastics với hình dạng vàhoạt tính khác nhau. Plastic chứa tinh bột có tỷ lệ AM/AP lớn hơn 20/80 sẽ không hòa tan ngay cả trong nước sôi. Còn plastic chứa tinh bột có tỷ lệ AM/AP nhỏ hơn 20/80 sẽ được hòa tan từng phần. tỷ lệ tinh bột được phân rã bởi vi sinh vật trong những vật liệu này tỷ lệ nghịch với hàm lượng củaAM/ phức vinyl alcohol.

Điểm hạn chế của những vật liệu này là giòn vànhạy cảm với độ ẩm.

Cơ chế tự hủy.

Thành phần tự nhiên: Dù được che chắn bởi cấu trúc mạng nhưng vẫn bị phân hủy bởi enzim ngoại bào của vi sinh vật. Thành phần tổng hợp được phân hủy do sự hấp thụ bề mặt của vi sinh vật,tạo bề mặt trống cho sự phân hủy các thành phần tự nhiên.

Aliphatic polyester: Tinh bột cũng có thể được cấu trúc lại với sự hiện diện của các polymer kị nước như các polyester béo. Polyester béo có điểm tan chảy thấp khó tạo thành vật liệu nhiệt dẻo và thổi tạo hình. Khi trộn tinh bột với polyester béo sẽ cải thiện được nhược điểm này. Một số polyester béo thích hợp là: poly--caprolactone và các copolymer của nó, hoặc các Ɛ polymer tạo thành từ các phản ứng của các glycol như 1,4- butandiol vớimột số acid như succinic, adipic,sebacic, azelaic, dicanoic, decanoic,brassillic. Sự kết hợp này sẽ tăng thuộc tính cơ, giảm sự nhạy cảm với nước và tăng khả năng phân hủy.Đã có những nghiên cứu thay thế bao bì plastic từ các chế phẩm dầu mỏ sang dạng bao bì plastic từ bắp.Nguồn nguyên liệu bắp có thể thỏa mãn nhu cầu lớn của bao bì plastic.Vật liệu làm từ nguồn nguyên liệu này hạn chế việc ô nhiễm môi trường do khi phân hủy nó không tạo ra các hợp chất độc.Việc thay thế đầu tiên được tiến hành vào ngày 1-11-2005, 114 triệu thùng chứa bằng plastic được sử dụng hàng năm cho các đại lý bán lẻ rau quả, dâu tây, thảo dược… hiệu quả kinh tế thể hiện rõ rệt

2.4.4 Vật liệu từ cellulose:

Cellulose là nguồn nguyên liệu phong phú, không hòa tan trong nước và hầu hết dung môi hữu cơ.

Cellophane(giấy bóng kính) là một trong những dạng phổ biến của bao bì từ cellulose, được sử dụng cho nhiều loại thực phaamrbowir tính chống thấm dầu, khả năng ngăn cản sự tấn công của vi khuẩn và tính trong suốt của nó.Cellophane thường được phủ một lớp ngoài với nitro cellulose hay là acrylate để tăng khả năng chống thấm mặc dù lớp phủ này không được phân hủy bởi vi sinh vật.

Chúng ta có thể bao gói bánh mỳ bằng celophane- một loại vật liệu phân hủy sinh học dùng bao gói thực phẩm, loại vật liệu này có giá cả cạnh tranh với plastic thông thường, một ưu điểm khác là nó có thể phân hủy nhanh sau khi sử dụng, thậm chí nó có thể ăn được.

Ngoài ra cellulose acetate được kết hợp với tinh bột để tạo nên plastic dễphân hủy bởi vi sinh vật. cellulose cũng kết hợp với chitosan tạo màng cókhả năng thấm khí và thấm nước cao. Đường cong phân hủy của plastic sinh học.Vật liệu bao bì từ cellulose sử dụng để bảo quản một số loại rau quả dễ bị hư hỏng như dâu tây, đào, chuối, nấm….

2.4.5 Vật liệu từ Chitin và Chitosan:

Chitin được tổng hợp chủ yếu từ côn trùng, tôm cua, nấm sợi, là một loại composit bền vững tạo bộ khung ngoài bảo vệ cho chúng. Chitin khi khử nhóm acetyl sẽ tạo thành Chitosan. Chitin và Chitosan là 2 loại polymer có đặc tính cơ học phù hợp để tạo dạng màng và dạng sợi.

Chitin

Tên hóa học : Poly-N-Acetyl-D-Glucosamine hoặc (1,4)-2-Acetamido-2-deoxy-β-—D-glucan
CT phân tử : ( C8H13NO5)n

Chitosan

Tên hóa học : poly-(1- 4)-2 –Amino – 2 - Deoxy- β – D - Glucan CT phân tử :

( C6H11O4N)n

2.5. Một số loại vật liệu khác.

Một công ty ở Anh đã phát triển một loại dung dịch mới, có tính thực tiễn và an toàn đối với môi trường, giải quyết vấn đề môi trường cho hàng triệu tấn rác thải bằng polymer gây ra. Bằng việc cắt đứt các liên kết cacbon trong polymer góp phần làm giảm phân tử lượng, thay đổi thuộc tính dẫn đến việc chúng có thể được phân hủy nhanh chóng . Một bước đột phá mới khi các nhà khoa học phát triển bao bì tốt hơn : có khả năng phân hủy ở nhiệt độ thấp đến 33 độ F, hay đơn giản nó có thể phân hủy dưới mưa, các vi sinh vật trong đất. polymer phân hủy cho ra CO2 và H2O. Polymer từ tinh bột được tạo ra bằng cách ép đùn, thổi khí và
đúc thành khuôn. So sánh với polymer từ dầu mỏ thì giá cả rẻ hơn khoảng 32cent/pound. Các loại bao bì này thường dùng bao gói các thực phẩm khô như socola, kẹo , bánh….Bằng cách phối trộn giữa protein từ bắp và các acid béo người ta có thể tạo ra một loại resin bằng cách ép đùn thành màng phân hủy sinh học được ưu chuộng hơn plastic.Vật liệu này khi đốt cháy cho ra các chất không gây độc hại. Các loại màng này thường dùng bao gói các dạng thực phẩm đông lạnh,các loại bánh, thức ăn nhanh…Các polymer ăn được làm từ tinh bột và protein, sau khi sử dụng có thể nghiền nhỏ ra làm thức ăn cho gia súc bởi thành phần dinh dưỡng chứa trong nó khá cao.

Plastic từ khoai tây : Các phế phẩm trong ngành chế biến khoai tây có thể được tận dụng để làm plastic. Tinh bột từ các phế phẩm nàyđược vi khuẩn thủy phân thành đường glucose, sau đó lên men nhờ vi khuẩn latic cho ra sản phẩm là acid latic, sấy khô và nghiền thành bột để dùng tạo ra một dạng PLA plastic bằng kỹ thuật ép đùn.

2.6. Bao bì nhựa tự phân hủy

Màng polymer tự phân huỷ. Có thể nói đây là sản phẩm đầu tiên thuộc loại này của ngành sản xuất vật liệu polymer ở việt Nam. Ưu điểm chính của nó là không gây ô nhiễm môi trường giống như màng và túi đựng bằng nhựa nhiệt dẻo (PE,
PP, PVC) hiện nay.Vật liệu chính dùng trong sản xuất màng polymer tự phân huỷ là nhựa LDPE (low density polyetylen - polyetylen tỷ trọng thấp) và tinh bột sắn.

Ban đầu, nhóm nghiên cứu cho LDPE, tinh bột sắn và một số chất phụ gia đi qua máy trộn vật liệu cực đều ở nhiệt độ thích hợp. Tiếp đến, vật liệu được đùn ép trên máy đùn trục vít có 3 vùng điều khiển nhiệt độ khác nhau. Sau khi được bổ sung chất trợ tương hợp và chất phân tán, nhựa hạt đi qua máy chém hạt để tạo hạt compound. Chất trợ tương hợp đóng vai trò quyết định về khả năng phân phối trộn và sự đồng đều của vật liệu. Cuối cùng, hạt compound đi qua máy ép phun để tạo vật liệu định hình hoặc qua thiết bị thổi màng để thổi thành màng mỏng. Có thể tạo ra các màng có độ dày khác nhau theo yêu cầu của người sử dụng. Nhóm nghiên cứu đã phủ vật liệu mới này trên các luống lạc tại Nông trường Thanh Hà, Hoà Bình. Kết quả cho thấy, nó có tác dụng giữ ẩm, dinh dưỡng cho đất, chống xói mòn và diệt cỏ dại. Sau 4 tháng, toàn bộ
màng polymer phân huỷ 100%. Hiện họ đang mở rộng ứng dụng cho mọi nông trường lạc, bông, ngô và thuốc lá trên toàn quốc.

2.7 .Tương lai của polymer sinh học

Vấn đề thân thiện với môi trường ngày càng được coi trọng nhưng đặc tính vật liệu và giá cả vẫn là những yếu tố quan trọng. hầu hết các polymer sinh học có đặc tính cơ học gần giống với polymer truyền thống. Những đặc tính này ( độ co giãn, đàn hồi…) phụ thuộc vào nguyên liệu thô và phương pháp gia công.

Ngày nay giá của nhiều loại vật liệu sinh học có thể gần bằng hoặc vượt hơn một chút so với PET và PA, ngoại trừ PHA có giá gấp 10 lần polymer truyền thống. Tuy nhiên do lượng sản phẩm này ít hơn ảnh hưởng đến vấn đề giá cả, nếu sản xuất với số lượng lớn thì giá cả của chúng sẽ thấp hơn.

Các nghiên cứu khoa học đã tìm ra một lượng lớn các vật liệu sinh học thích hợp cho bao bì thực phẩm nhưng việc ứng dụng chúng vẫn còn nhiều hạn chế. Chúng ta không mong việc thay thế hoàn toàn vật liệu truyền thống bằng vật liệu sinh học trong một thời gian ngắn tuy nhiên vật liệu sinh học thực sự là vật liệu của tương lai khi mà những đặc tính và giá cả của chúng tương đương hoặc rẻ hơn vật liệu truyền thống.

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

Qua việc tìm hiểu về polymer tự huỷ (polymer phân huỷ sinh học) cho kết quả về một số loại polymer tự huỷ phổ biến nhất đã và đang được sử dụng trong một số lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm và y học… cho thấy tầm quan trọng của công nghiệp polymer tự huỷ. Khuyến khích người sử dụng dùng những vật liệu sinh học không gây ô nhiễm môi trường góp phần giảm thiểu ảnh hưởng do tác động xấu của môi trường.

jkh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.PGS.TS Đỗ Đình Rãng (chủ biên) - Hoá Hữu Cơ 3 – Nhà xuất bản GD-năm 2009

2. http://www.congnghehoahoc.org

3. http:// wwwchemvn.net

4. http://www.ebook.edu.vn

5. http://wwwen.wikipedia.org

Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro

Trước Sau