Nghiên cứu cải thiện khả năng chống ẩm của vật liệu polymer thực phẩm trong sản xuất bao bì tự hủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỀ TÀI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG ẨM CỦA VẬT LIỆU POLYMER THỰC PHẨM TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ TỰ HỦY Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS. TS. TRƢƠNG VĨNH LÊ ĐỨC ÂN NGUYỄN HỮU CHUNG VÕ HOÀNG HƢNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 08/2011 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỀ TÀI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG ẨM CỦA VẬT LIỆU POLYMER THỰC PHẨM TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ TỰ HỦY Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS. TS. TRƢƠNG VĨNH LÊ ĐỨC ÂN NGUYỄN HỮU CHUNG VÕ HOÀNG HƢNG TRANG TỰA TP. Hồ Chí Minh, tháng 08/2011 ii MỤC LỤC Trang TRANG TỰA i MỤC LỤC ii TÓM TẮT v DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH SÁCH CÁC HÌNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG x Chương 1 MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục đích của đề tài 2 1.3. Nội dung của đề tài 2 1.4. Yêu cầu của đề tài 2 Chương 2 TỔNG QUAN 3 2.1. Tổng quan về bao bì 3 2.1.1. Khái niệm bao bì 3 2.1.2. Chức năng của bao bì 3 2.1.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với bao bì 3 2.1.4. Một số vấn đề về việc sử dụng bao bì nylon hiện nay 4 2.2. Polymer tự hủy sinh học 7 2.2.1. Khái niệm 7 2.2.2. Một số tiêu chuẩn mà các nhà khoa học đưa ra để định nghĩa polymer có khả năng phân hủy sinh học 7 2.2.3. Các loại polymer tự phân hủy sinh học 8 2.2.3.1. Các polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên 8 2.2.3.2. Các polyester phân hủy sinh học 8 2.2.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các loại polymer tự phân hủy sinh học 8 2.2.5. Ứng dụng của polymer sinh học 11 2.3. Nguyên liệu dùng làm bao bì sinh học 11 2.3.1. Tinh bột sắn 11 2.3.1.1. Giới thiệu chung về tinh bột sắn và các tính chất 11 iii 2.3.1.2. Ứng dụng của tinh bột sắn 12 2.3.1.3. Polymer tự phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột 12 2.3.1.4. Các loại tinh bột biến tính và ứng dụng 13 2.3.2. Polyvinyl alcohol (PVA) 18 2.3.2.1. Khái niệm 18 2.3.2.2. Tính chất của PVA 18 2.3.3. Protein 20 2.3.4. Polylactic acid 21 2.3.5. Glyoxal 21 2.3.6. Phụ gia chống thấm trong ngành giấy 21 2.3.4.1. Keo AKD (Alkyl Ketene Dimer) 21 2.3.4.2. Keo ASA (Alkenyl Succinic Anhydride) 22 2.3.7. Phụ gia tăng độ bền ướt trong ngành giấy 22 2.4. Cơ sở lý thuyết của quá trình chế tạo bao bì tự hủy sinh học 23 Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện 24 3.2. Nguyên vật liệu, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 24 3.2.1. Nguyên vật liệu thí nghiệm 24 3.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 25 3.3. Phương pháp thí nghiệm 26 3.3.1. Thí nghiệm sơ bộ: Xác định ẩm độ ban đầu của nguyên liệu 26 3.3.2. Thí nghiệm 1: Nghiên cứu tạo màng phân hủy sinh học từ tinh bột sắn có bổ sung glyoxal vào công thức 3.1 27 3.3.3. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal bổ sung đến độ bền kéo đứt và độ bền đâm thủng của các màng tạo thành từ tinh bột sắn ở thí nghiệm 1 31 3.3.4. Thí nghiệm 3: Nghiên cứu tạo màng từ tinh bột biến tính acetate có bổ sung glyoxal để tạo liên kết crosslink tăng độ bền cho màng 34 3.3.5. Thí nghiệm 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal bổ sung đến độ bền kéo đứt và độ bền đâm thủng của các màng tạo thành từ tinh bột biến tính acetate ở thí nghiệm 3 35 iv 3.3.6. Thí nghiệm 5: Đánh giá độ bền kéo đứt và độ bền đâm thủng giữa 2 loại màng tạo thành từ tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate có bổ sung glyoxal 36 3.3.7. Thí nghiệm 6: Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột biến tính acetate và tỷ lệ glyoxal đến khả năng hút ẩm của màng trong điều kiện môi trường bình thường 37 3.3.8. Thí nghiệm 7: Đánh giá khả năng phân hủy trong đất ẩm của màng tạo thành 38 3.3.9. Thí nghiệm 8: Đánh giá khả năng ghép mí thành bao bì và đánh giá độ bền mí ghép 39 3.3.10. Thí nghiệm 9: Nghiên cứu áp dụng phụ gia chống thấm AKD của ngành giấy vào chế tạo màng phân hủy sinh học 40 3.4. Phương pháp xử lý số liệu: 41 Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 4.1. Ẩm độ ban đầu của nguyên liệu 42 4.2. Tính cảm quan của màng polymer ở thí nghiệm 1 42 4.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal đến các tính chất cơ học của màng (thí nghiệm 2). 44 4.4. Tính cảm quan của màng polymer ở thí nghiệm 3 47 4.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ glyoxal đến các tính chất cơ học của màng (thí nghiệm 4). 50 4.6. Đánh giá độ bền giữa các màng tạo thành từ tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate (thí nghiệm 5) 52 4.7. Ảnh hưởng của tinh bột biến tính acetate và tỷ lệ glyoxal đến khả năng hút ẩm của màng so với tinh bột sắn (thí nghiệm 6) 53 4.8. Khả năng phân hủy trong đất ẩm (thí nghiệm 7) 55 4.9. Khả năng ghép mí và độ bền mí ghép (thí nghiệm 8) 56 4.10. Khả năng chống ẩm, chống thấm cho màng của phụ gia AKD (thí nghiệm 9). 59 Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61 5.1. Kết luận 61 5.2. Đề nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 v TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu cải thiện khả năng chống ẩm của vật liệu polymer thực phẩm trong sản xuất bao bì tự hủy” được tiến hành tại phòng thí nghiệm I4, Bộ môn Công nghệ Hóa học, trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 6/2010 đến tháng 08/2011. Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là tinh bột sắn (khoai mì), tinh bột sắn biến tính ester hóa, PVA, sorbitol, glycerol, glyoxal và dung môi là nước. Nghiên cứu tăng độ bền và khả năng chống ẩm cho màng sinh học với công thức tối ưu từ luận văn tốt nghiệp của Phạm Lan Hương, Võ Minh Trung (2010) “Nghiên cứu cải thiện độ bền màng sinh học để làm bao bì” bằng cách sử dụng glyoxal để tạo liên kết crosslink và sử dụng tinh bột biến tính ester hóa thay cho tinh bột thông thường. Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD) và kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD), trong đó yếu tố thí nghiệm là loại tinh bột (tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate) và tỷ lệ glyoxal bổ sung vào công thức tạo màng, mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Các tính chất của màng polymer đã được khảo sát như độ bền kéo đứt, độ bền đâm thủng, độ phân rã trong nước và phân hủy sinh học trong đất… Đồng thời cũng khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung chất tạo crosslink là glyoxal đến các tính chất của màng. Những nguyên liệu được sử dụng là tinh bột sắn (khoai mì), tinh bột biến tính acetate, PVA, sorbitol, glycerol, glyoxal và dung môi là nước. Công thức chính được sử dụng để tổng hợp màng polymer tự phân hủy sinh học là tinh bột : PVA : glycerol : sorbitol = 43 : 27 : 10 : 20 (tính theo thành phần khô), độ ẩm của hỗn hợp đổ màng là 88 % tính theo căn bản ướt. Màng tạo thành từ tinh bột biến tính acetate khi chưa bổ sung glyoxal có độ bền cơ học kém hơn so với màng từ tinh bột sắn và độ mềm dẻo cao hơn. Glyoxal có tác dụng làm tăng đáng kể độ bền của cả 2 loại màng tạo thành từ tinh bột sắn và tinh bột biến tính acetate nhưng không làm giảm khả năng hút ẩm của các vi màng tạo thành. Màng B 2 dùng nguyên liệu là tinh bột biến tính acetate với tỷ lệ bổ sung glyoxal là 3 % có độ bền và độ mềm dẻo tốt, là màng tối ưu của đề tài. Màng tối ưu B 2 tương đối trong suốt, láng, bóng, dẻo, khả năng ghép mí tạo bao bì rất tốt, phân rã tốt trong nước và phân hủy hoàn toàn trong đất ẩm sau 7 ngày. Tuy nhiên độ ổn định ẩm của màng chưa tốt, thay đổi nhanh theo ẩm độ môi trường. Ẩm độ của màng càng cao độ bền của màng càng giảm, độ dẻo tăng lên, màng dính vào nhau. Nghiên cứu sơ bộ việc sử dụng phụ gia chống thấm ankyl ketene dimer (AKD) trong ngành giấy cho thấy dung dịch hồ hóa không còn dính vào becher chứa và thiết bị khuấy trộn, tăng độ bền trong nước cho màng, cải thiện tính cảm quan về màu sắc, độ trong, nhưng vẫn chưa cải thiện đáng kể khả năng hút ẩm và thấm nước của màng. vii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Am/Ap: amylose/amylopectin TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam AKD: Alkyl Ketene Dimer: keo chống thấm trong ngành giấy ASA: Alkenyl Succinic Anhydride: keo chống thấm trong ngành giấy ASTM: American Standard Testing Method ISO: International Standard Oganization PLA: Polylactic acid PBS: Polybutylene succinate PS: Polystyrene PE: Polyethylene PP: Polypropylene PVC: Polyvinyl chloride STT: Số thứ tự DOP: Dioctinphtalate PLA: polylactic acid PBS: polybutylene succinate PBAT: polybutylene adipate terephtalate PHB: polyhydroxybutyrate PHV: polyhydroxyvalerate PCL: polycaprolactone EVOH: ethylene vinylalcohol ctv: cộng tác viên viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1. Bao nylon trên một kênh tại quận Tân Phú, ảnh chụp chiều 12/3/2009 (Nguồn: http://forum.vietnamxanh.org) 5 Hình 2.2. Một dòng kênh đầy bao nylon, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường ở TP. Hồ Chí Minh (Nguồn: http://www.tin247.com) 6 Hình 2.3. Cấu trúc hạt tinh bột sắn quan sát trên kính hiển vi điện tử quét SEM 12 Hình 2.4. Công thức cấu tạo của PVA 18 Hình 3.1. Công thức phân tử PVA 24 Hình 3.2. Công thức phân tử glycerol 24 Hình 3.3. Công thức phân tử sorbitol 25 Hình 3.4. Công thức phân tử glyoxal 25 Hình 3.5. Quy trình thí nghiệm chế tạo màng polymer tự phân hủy sinh học 28 Hình 3.6. Khuôn, ống cán màng và xylanh hút nguyên liệu vào khuôn 29 Hình 3.7. Thước kẹp và đo độ dày màng bằng thước kẹp 30 Hình 3.8. Bố trí đo độ dày của màng 31 Hình 3.9. Máy phân tích cấu trúc TA.XTplus với đầu đo kéo đứt 32 Hình 3.10. Các thông số cài đặt cho quá trình đo độ bền kéo 32 Hình 3.11. Mẫu cắt để đo độ bền kéo đứt 33 Hình 3.12. Máy phân tích cấu trúc với đầu đo cầu và đo độ bền đâm thủng bằng đầu đo cầu…… 33 Hình 3.13. Cài đặt thông số cho quá trình đo 33 Hình 3.14. Dạng mẫu cắt để đo độ bền đâm thủng 34 Hình 3.15. Đo ẩm độ của màng trong điều kiện môi trường bình thường 38 Hình 3.16. Khảo sát khả năng phân hủy trong đất ẩm 39 Hình 4.1. Các màng tạo thành từ thí nghiệm 1 43 ix Hình 4.2. Đồ thị so sánh giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo cầu của các màng ở thí nghiệm 2…… 45 Hình 4.3. Đồ thị so sánh giá trị đo kéo đứt của các mẫu màng ở thí nghiệm 4 46 Hình 4.4. Các màng tạo thành từ thí nghiệm 3 48 Hình 4.5. Đồ thị so sánh giá trị đo đâm thủng bằng đầu đo cầu của các màng ở thí nghiệm 4… 50 Hình 4.6. Đồ thị so sánh giá trị đo kéo đứt của các mẫu màng ở thí nghiệm 4 51 Hình 4.7. Đồ thị tương quan độ bền đâm thủng giữa tinh bột sắn – tinh bột acetate52 Hình 4.8. Đồ thị tương quan độ bền kéo đứt giữa tinh bột sắn – tinh bột acetate 53 Hình 4.9. Đồ thị so sánh giá trị ẩm độ các màng ở điều kiện thường 54 Hình 4.10. Đồ thị so sánh giá trị ẩm độ các màng ở điều kiện thường 54 Hình 4.11. Kết quả kiểm tra khả năng phân hủy trong đất ẩm 55 Hình 4.12. Mẫu màng đã được ghép mí để đo độ bền mí ghép 56 Hình 4.13. Đo độ bền mí ghép 56 Hình 4.14. Kết quả đo độ bền mí ghép 57 Hình 4.15. Màng được ghép mí tạo thành bao bì 57 Hình 4.16. Đo khả năng chứa đựng của bao bì tạo thành 58 Hình 4.17. Sau 5 ngày treo màng 58 Hình 4.18. Đồ thị so sánh độ ẩm của các màng có bổ sung AKD và màng đối chứng……… 59 Hình 4.19. Độ phân rã của các màng sau 2 ngày 60 [...]... giá khả năng ứng dụng trong đời sống Yêu cầu của đề tài Đánh giá được ảnh hưởng của loại tinh bột nguyên liệu dùng làm màng đến độ bền và khả năng hút ẩm của màng  Tìm ra được quy trình sản xuất màng sinh học có thể làm bao bì  Sản xuất thử bao bì sinh học thay thế bao nylon  Bao bì phải có tính bền, dẻo, khả năng hút ẩm kém, không bị độ ẩm của vật liệu làm hỏng, rách bao bì  Bao bì phải phân hủy. .. Minh, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Vĩnh, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu cải thiện khả năng chống ẩm của vật liệu polymer thực phẩm trong sản xuất bao bì tự hủy 2 1.2  Mục đích của đề tài Nghiên cứu chế tạo màng sinh học từ nguyên liệu là tinh bột sắn thường, tinh bột sắn biến tính acetate, PVA, glycerol, sorbitol, glyoxal  Đánh giá ảnh hưởng của tinh bột sắn biến tính... tính hút ẩm và khả năng phân hủy sinh học của màng  Nghiên cứu cải thiện tính hút ẩm của màng sử dụng phụ gia chống thấm AKD trong ngành giấy  Sản xuất thử bao bì theo các kết quả tối ưu ở trên, đánh giá khả năng ứng dụng để bao gói thực phẩm 1.3  Nội dung của đề tài Tạo màng polymer sinh học bằng phương pháp tráng – sấy với các công thức phối trộn khác nhau  Phân tích các đặc tính cơ lý của các... Tân Bình đầu tư sản xuất bao bì nhựa tự hủy theo công nghệ hiện đại của Canada Kế tiếp là công ty Phú Hoà (Bến Tre) ra mắt các sản phẩm bao bì không gây ô nhiễm môi trường tận dụng từ nguồn phế liệu bã mía, xơ dừa bỏ lại sau thu hoạch Gần đây nhất là công ty cổ phần Công nghệ mới (Long Biên, Hà Nội) đã ra mắt sản phẩm bao bì tự hủy được làm từ nhựa PE, PP, PVC trộn thêm các phụ gia tự hủy là các polymer. .. khối Trong đó cơ chế áp đảo là tác động của enzyme của vi sinh vật đo được bằng các thử nghiệm chuẩn trong một thời gian xác định phản ánh được điều kiện phân hủy Phân hủy sinh học là phân hủy do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do hoạt động của enzyme dẫn đến sự thay đổi lớn về cấu trúc hóa học của vật liệu Theo Hội đồng nghiên cứu polymer có khả năng phân hủy sinh học của Nhật: polymer có khả. .. phần văn hóa Tân Bình (ALTA) đã sản xuất được bao bì nhựa tự hủy sinh học theo công nghệ nước ngoài Năm 2003, công ty ALTA đã sản xuất và xuất khẩu mặt hàng này qua các nước Ý, Đức, Anh, Pháp theo đơn đặt hàng của khách hàng Trong 6 tháng đầu năm 2005, công ty ALTA đã xuất khẩu được 30 tấn bao bì nhựa tự hủy Trong những năm gần đây, có khá nhiều doanh nghiệp bắt tay vào sản xuất bao bì không gây ô nhiễm... hủy tốt trong môi trường đất 3 Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về bao bì 2.1.1 Khái niệm bao bì Theo Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng số 23 TĐC/QĐ ngày 20 tháng 02 năm 2006: Bao bì là vật chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán (bán lẻ và bán sỉ) Bao bì có thể bao gồm nhiều lớp bao bọc, có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm Theo Wikipedia: Bao bì là một... hưởng của tinh bột sắn biến tính acetate và tỷ lệ glyoxal đến độ bền của màng, từ đó tìm ra tỷ lệ tối ưu  Phân tích ảnh hưởng của tinh bột sắn biến tính acetate và glyoxal đến khả năng phân rã trong nước, khả năng hút ẩm, độ ổn định ẩm và khả năng phân hủy sinh học trong đất  Thử nghiệm sử dụng phụ gia chống thấm AKD trong ngành giấy vào việc chống thấm, chống hút ẩm cho màng  1.4  Chế tạo bao bì. .. Mặc dù đã có nhiều loại bao bì sinh học được nghiên cứu sản xuất nhưng vấn đề gặp phải là độ bền của màng không cao và khả năng hút ẩm của màng khá lớn nên rất khó ứng dụng trong đời sống Vấn đề đặt ra là phải tìm ra phương pháp vừa tăng bền vừa chống ẩm cho màng sinh học nhưng cũng đảm bảo khả năng phân hủy sinh học của màng Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó và được sự cho phép của Bộ môn Công Nghệ Hóa... Kim Thị Thanh (2009) Nghiên cứu hoàn thiện tính chất cơ lý của màng bao bì sinh học”, Phạm Lan Hương, Võ Minh Trung (2010), Nghiên cứu cải thiện độ bền màng sinh học tinh bột khoai mì” 11 Ứng dụng của polymer sinh học 2.2.5 Các ứng dụng bao bì chiếm khoảng 47 % tổng nhu cầu thị trường polymer sinh học năm 2005 Những sản phẩm khác trong các lĩnh vực y tế, nông nghiệp và sản xuất giấy đóng vai trò . ĐẠI HỌC NÔNG L M THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ M N CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỀ TÀI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG M CỦA VẬT LIỆU POLYMER THỰC PH M TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ TỰ HỦY Giáo viên. MINH BỘ M N CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỀ TÀI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG M CỦA VẬT LIỆU POLYMER THỰC PH M TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ TỰ HỦY Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện:. L m Thành Phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trương Vĩnh, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu cải thiện khả năng chống m của vật liệu polymer thực ph m trong sản