NGHIÊN cứu TỔNG hợp POLYMER PHÂN hủy SINH học PHỤC vụ sản XUẤT

VAI TRÒ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC – Các vật liệu ra đời từ polymer truyền thống PS, PE, PVC,… đóng một vai trò rất quan trọng trong đời sống con người.. - Là một qu

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

PHỤC VỤ SẢN XUẤT

Nguyễn Thị Thu Thảo 1 , Hồ Sơn lâm 1 , Huỳnh Thành Công 1 ,

Võ Đỗ Minh Hoàng 1 , Huỳnh Thị Ánh Hồng 2 , Nguyễn Thị Hải Yến 2 , Phạm Ngọc Trường Sơn 3

1Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, 2Đại học Tôn Đức Thắng, 3Đại học Nông Lâm

NỘI DUNG

1 Vai trò và tầm quan trọng của polymer phân hủy sinh học

2 Khái niệm phân hủy sinh học

VAI TRÒ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA

POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

– Các vật liệu ra đời từ polymer truyền thống (PS, PE, PVC,…) đóng một vai trò rất quan trọng trong đời sống con người Chúng góp phần làm cho cuộc sống của con người ngày càng văn minh hơn, hiện đại hơn

– Tuy nhiên, trong những năm 60-70 của thế kỷ 20, con người cũng đã nhận ra rằng các sản phẩm đi từ nhựa truyền thống là mối nguy hại tiềm

ẩn cho môi trường sinh thái vì chúng không thể tự phân hủy Chỉ có những tác động cơ học, nhiệt mới có thể phá hủy chúng nhưng lại tạo ra nhiều độc hại hơn và đòi hỏi những chi phí khổng lồ vượt qua cả giá thành tạo ra chúng

– Nhận ra được mặt trái của vấn đề, con người bắt đầu nghĩ đến những vật liệu polymer khác thân thiện hơn với môi trường Polymer có khả năng tự phân hủy sinh học (biopolymer) đã ra đời

MỨC ĐỘ TIÊU THỤ VÀ LÃNH VỰC SỬ DỤNG CÁC

LOẠI NHỰA TRUYỀN THỐNG

KHÁI NIỆM PHÂN HỦY SINH HỌC

- Là một quá trình tự nhiên Trong đó, các chất hữu cơ được chuyển thành những hợp chất đơn giản hơn, không làm ô nhiễm môi trường Sự phân huỷ sinh học có thể xảy ra trong sinh quyển khi các vi sinh đóng vai trò trung tâm trong quá trình phân huỷ (Phạm Ngọc Lân, 2006)

- Là một quá trình mà sau một thời gian sử dụng, dưới những điều kiện đặc biệt của môi trường, vật liệu sẽ mất đi một số tính chất do những thay đổi trong cấu trúc hoá học Những thay đổi này xảy ra tự nhiên nhờ các vi sinh vật trong môi trường, từ đó dẫn đến phân huỷ polymer (ISO 472-1988)

- Là sự phân hủy do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do họat động của enzyme dẫn đến sự thay đổi lớn về cấu trúc hóa học của vật liệu

(ASTM)

KHÁI NIỆM PHÂN HỦY SINH HỌC

- Là khả năng xảy ra phân hủy thành carbon dioxide, methane, nước và các chất vô cơ hoặc sinh 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 (ASTM)

KHÁI NIỆM PHÂN HỦY SINH HỌC

Hình 1 Chu trình phân hủy sinh học tự nhiên.

ỨNG DỤNG CỦA POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

THỰC NGHIỆM

MỤC TIÊU

 Thay thế các sản phẩm ra đời từ các loại nhựa truyền thống

 Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

 Giải quyết vấn đề rác thải rắn

 Cải thiện hệ sinh thái

 Ứng dụng trong nông nghiệp

NGUYÊN LIỆU

GLYCEROL

THỰC NGHIỆM

Tính chất

Cơ học (ASTM D882-91) Khả năng hấp thụ nước (ASTM D570-98) Khả năng phân huỷ sinh học (Phương pháp chôn ủ)

Ứng dụng

Bầu ươm cây (VINAPOL ® -FAW)

Bọc phân NPK (VINAPOL ® -PL/AW)

Màng bọc trái cây (VINAPOL ® -FfF)

Tổng hợp 4 mẫu: 1, 2, 3, 4

KẾT QUẢ

1 KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA MÀNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÔN TRONG ĐẤT

Mẫu 1 (ngày đầu tiên) Mẫu 1 (sau 14 ngày) Mẫu 2 (ngày đầu tiên) Mẫu 2 (Sau 14 ngày)

Mẫu 3 (ngày đầu tiên) Mẫu 3 (sau 23 ngày) Mẫu 4 (ngày đầu tiên) Mẫu 4 (sau 23 ngày)

– Các mẫu có tốc độ phân huỷ rất nhanh Khi vừa chôn trong đất sau một ngày, các màng có sự thay đổi rõ về hình dạng so với ban đầu, các mẫu đều có hiện tượng trương lên, nhăn lại Sau 5 đến 30 ngày, các mẫu bắt đầu xuất hiện nấm mốc trên bề mặt và chúng bắt đầu phân hủy hoàn toàn sau 45 đến 60 ngày tùy thuộc vào thành phần cũng như tỷ lệ các nguyên liệu tạo màng.

– Quá trình phân hủy trên chứng tỏ có sự tấn công của vi sinh vật trong môi trường sống làm bẻ gãy các liên kết hóa học trong cấu trúc màng, dẫn đến kết quả là màng có khả năng phân hủy

1 KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA MÀNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÔN TRONG ĐẤT

2 KHẢ NĂNG HẤP THỤ NƯỚC CỦA MÀNG

hydrogen liên phân tử, sẽ ngăn

cản sự thâm nhập của nước vào

màng làm cho độ hấp thụ nước

của màng giảm dần

3 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA MÀNG

Hình 3 So sánh ảnh hưởng của phụ gia 1 và

phụ gia 2 đến độ bền kéo đứt của màng Hình 4 So sánh ảnh hưởng của phụ gia 1 và phụ gia 2 đến độ kéo giãn của màng

Độ bền kéo đứt (TS)

Độ giãn dài (E)

– Hàm lượng nguyên liệu chính cũng như chất phụ gia đã ảnh hưởng đến TS và E của màng

– TS của màng càng lớn chứng tỏ màng có cấu trúc càng chặt chẽ và ngược lại

– Điều này có thể được giải thích dựa vào liên kết giữa các thành phần trong cấu trúc màng, đặc biệt là liên kết hydrogen

VINAPOL®-FAW

(10 ngay) VINAPOL®-FAW(20 ngay) VINAPOL®-FAW(30 ngay) VINAPOL®-FAW(40 ngay)

Btt

(10 ngay) (20 ngay)Btt (30 ngay)Btt (40 ngay)Btt

4 ỨNG DỤNG LÀM BẦU ƯƠM CÂY (VINAPOL®-FAW)

Khảo sát trên cây ớt: dùng bầu ươm VINAPOL®-FAW

và túi nylon thị trường (Btt)

Chiều cao (cm) Bề dày thân (cm)

Thời gian

Bảng 1 Chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng VINAPOL®-FAW và Btt.

4 ỨNG DỤNG LÀM BẦU ƯƠM CÂY (VINAPOL®-FAW)

So sánh giá trị chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng

VINAPOL®-FAW và Btt

4 ỨNG DỤNG LÀM BẦU ƯƠM CÂY (VINAPOL®-FAW)

– Cây phát triển bình thường, đồng thời màng VINAPOL®-FAW có sự thay đổi hình dạng như trương lên và nhăn lại, sau 5 ngày màng xuất hiện mốc trắng

– Chiều cao và bề dày thân của cây ớt dùng màng VINAPOL®-FAW phát triển vượt trội so với với màng thị trường

– Sử dụng bầu ươm VINAPOL®-FAW giúp cây giữ ẩm, chống hạn; đồng thời trong quá trình phân hủy, bầu ươm VINAPOL®-FAW tự phân hủy tạo ra các chất mùn, khoáng chất làm tăng dinh dưỡng cho đất, giúp cây phát triển tốt

– Khả năng ứng dụng làm bầu ươm cây của màng VINAPOL®-FAW có tính khả thi, vừa góp phần giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường, vừa giải quyết bài toán giá thành cho cây giống

5 ỨNG DỤNG BỌC PHÂN NPK (NPK-VINAPOL®-PL/AW)

NPKtt NPKtt sau 5 phút NPK- VINAPOL®-PL/AW

ngâm trong nước NPK- VINAPOL®-PL/AW sau 7 ngày ngâm trong nước

– NPK thị trường (NPKtt) tan rất nhanh trong nước và chỉ sau 5 phút bắt đầu

tan rã

– Viên NPK sau khi được bọc polymer (NPK- VINAPOL®-PL/AW): khả năng

tan trong nước rất chậm, sau 7 ngày mới bắt đầu có hiện tượng phân rã màng

Hình 6 Thí nghiệm kiểm soát quá trình nhả chậm của NPKtt và

NPK- VINAPOL®-PL/AW trong nước

Khảo sát độ tan trong nước của NPKtt và NPK-VINAPOL®-PL/AW

Chiều cao (cm) Bề dày thân (cm)

NPK-VINAPOL®-PL/AW NPKtt NPK-VINAPOL®-PL/AW NPKtt

5 ỨNG DỤNG BỌC PHÂN NPK (NPK-VINAPOL®-PL/AW)

Bảng 2 Chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng NPK-VINAPOL®-PL/AW và NPKtt.

Ngoài chiều cao và bề dày thân phát triển hơn hẳn cây ớt bón bằng NPKtt, cây ớt bón bằng NPK-VINAPOL®-PL/AW còn phát triển rất đồng đều, lá cây

có màu sắc tươi và sum suê hơn, không thấy xuất hiện các bệnh lý và hiện tượng vàng lá trong thời gian thí nghiệm

So sánh giá trị chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng

NPK-VINAPOL®-PL/AW và NPKtt

bị rửa trôi khá lớn nên dẫn đến việc hao hụt, gây tốn kém chi phí.

– Phân NPK- VINAPOL®-PL/AW có thời gian nhả chậm khá dài Nếu ngâm

trong nước sau hơn 7 ngày mới tan hết Còn nếu dùng bón cây thì sau 1 tháng phân vẫn còn Do đó không cần bón nhiều lần, tiết kiệm chi phí, tránh hao hụt, lãng phí, an toàn với môi trường

– Màu sắc của lá và thân cây của mẫu có NPK- VINAPOL®-PL/AW tươi hơn

và không xuất hiện lá bị vàng trong thời gian khảo sát

– Các kết quả về thổ nhưỡng và thực vật đang được tiếp tục khảo nghiệm

6 ỨND DỤNG LÀM MÀNG BỌC TRÁI CÂY (VINAPOL®-FfF)

Hình 8 Cà chua trước và sau khi bọc màng VINAPOL®-FfF và các

loại màng khác

Cà trước khi bọc Cà bọc màng Ntt sau 1 tuần

Cà bọc giấy báo sau 1 tuần Cà bọc màng VINAPOL®-FfF sau 1 tuần

– Bằng cảm quan về màu sắc của vỏ ngoài, cà chua bọc bằng màng phân hủy sinh học (VINAPOLl®-FfF) giữ được khá lâu so với bọc bằng giấy báo , để ngoài không khí, và bọc bằng màng nylon thị trường Màu đỏ của quả cà chua sau một tuần vẫn tươi nguyên so với các quả cà chua đối chứng và các quả cà chua bọc bằng các vật liệu khác.

– Quả cà chua bọc bằng màng nylon thị trường cho màu sắc chuyển sang sậm hơn, sau 15 ngày vỏ cà chua khô dần dẫn đến nứt ra và hư Trong khi đó, cà bọc bằng màng VINAPOLl®-FfF không có hiện tượng nứt và hư sau 15 ngày

– Chúng tôi đang tiếp tục khảo sát chất lượng (hàm lượng vitamin, nước, khoáng chất) của cà chua có và không có vỏ bọc bằng

ỨND DỤNG LÀM MÀNG BỌC TRÁI CÂY (VINAPOLl®-FfF)

KẾT LUẬN

– Đã tổng hợp thành công một số mẫu polymer phân hủy sinh học và khảo sát một số tính chất của mẫu như: tính chất cơ học, khả năng phân hủy trong đất, khả năng hấp thụ nước

– Kết quả cho thấy các mẫu đều có khả năng phân hủy trong đất từ 45 đến 60 ngày phụ thuộc vào thành phần và tỷ lệ các nguyên liệu

– Độ bền kéo, độ hấp thụ nước của mẫu đều cho kết quả tốt và phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu chính và chất phụ gia

1 Về mặt công nghệ:

KẾT LUẬN

– Đã nghiên cứu ứng dụng mẫu VINAPOL®-FAW làm bầu ươm cây, sau

một thời gian nhất định, mẫu sẽ tự phân hủy, giúp nhà nông giải quyết được bài toán về công, môi trường và giá thành của cây giống

– Đã nghiên cứu ứng dụng mẫu polymer bọc trái cây VINAPOL®-FfF, có

tác dụng giữ cho vỏ trái cây tươi lâu hơn so với không bọc và bọc bằng các vật liệu khác, mở ra khả năng sử dụng cho xuất khẩu trái cây khi phải vận chuyển và tàng trữ lâu ngày mà không cần tẩm hóa chất lên vỏ

2 Khảo sát ứng dụng:

– Đã nghiên cứu sử dụng mẫu VINAPOL®-PL/AW làm vật liệu giữ phân

NPK có 2 tính năng: giữ ẩm trong đất và nhả chậm phân, mở ra khả năng tiết kiệm phân và nước trong sản xuất nông nghiệp, bảo vệ môi trường

KẾT LUẬN

– Các kết quả trên đây của chúng tôi chỉ mới là bước đầu, còn nhiều việc

phải làm để đưa thương hiệu VINAPOL® vào thực tế, đặc biệt khâu

kiểm tra chất lượng và đăng ký nhãn hiệu

– Do kinh phí nghiên cứu hạn chế, điều kiện sản xuất thử nghiệm không

có, nên chúng tôi rất mong các đơn vị sản xuất tham gia hợp tác cùng chúng tôi để sớm tạo ra một thương hiệu mới trong lĩnh vực nhựa phân

hủy sinh học của Việt nam: VINAPOL®.

3 Một số vấn đề khác:

CÁM ƠN QUÝ VỊ ĐÃ LẮNG NGHE