Polime phân hủy sinh học – vật liệu bao bì sinh học
Polime phân hủy sinh học – vật liệu bao bì sinh học GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Đặt vấn đề • • Bây người dân quen sử dụng bao bì nhựa để đựng đồ siêu thị mua sắm hay sinh hoạt hàng ngày Thế nhưng, biết rằng, đằng sau tiện lợi túi nhỏ vấn nạn môi trường Ở Việt Nam năm sử dụng khoảng nửa triệu chất dẻo để làm bao bì nhựa số ngày tăng Đặt vấn đề • Theo thống kê sơ Bộ Tài ngun Mơi trường, trung bình ngày ,1 người tiêu dùng phải sử dụng túi nilon • Nilon: thời gian phân hủy 50 năm → ảnh hưởng khơng nhỏ đến mơi trường • Nhựa nhiệt dẻo phải từ 10 đến 30 năm,thậm chí kỉ, phân hủy hết • Đốt →ơ nhiễm khơng khí • Chơn lấp → tốn đất, ảnh hưởng nguồn nước ngầm • Tái chế → tốn kinh phí + hiệu kinh tế thấp • • Chính lí mà nhà khoa học giới tìm loại vật liệu thay số nhà nghiên cứu đưa sản phẩm bao bì tự phân rã Tuy nhiên, sản phẩm phân hủy sinh học lại có giá thành cao Bao bì sinh học Bao bì sinh học sản phẩm từ nguyên liệu tự nhiên , polymer tách trực tiếp từ sinh vật hay polymer tổng hợp từ monomer có nguồn gốc sinh học , hay hợp chất hữu thiên nhiên biến đổi Bao bì từ vật liệu sinh học phải đáp ứng tiêu chuẩn như: tính chống thấm, đặc tính quang học, tính co giãn, đóng dấu in ấn dễ dàng, kháng nhiệt hóa chất, tính ổn định thân thiện với mơi trường có giá cạnh tranh Hơn nữa,phải đảm bảo chất lượng an toàn thực phẩm Quá trình phân hủy polyme phân hủy sinh học MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU Hiên nay, vật liệu bao bì sinh học chủ yếu từ polymer sinh học chẳng hạn như: Tinh bột,cellulose, protein, pullulan, gelatin…và monomer từ chất hữu lên men - Vật liệu từ tinh bột - Vật liệu từ Cellulose - Vật liệu từ Chitin Chitosan VẬT LIỆU TINH BỘT Đây nguồn nguyên liệu phong phú, có sẵn rẻ tiền Có loại polymer phối trộn: • Poly(hydroxy lalkanoates) (PHA) • Polylactic acid (PLA) • Thermoplastic tinh bột (TPS) Vật liệu PLA Polylactic axit polylactide ( PLA ) nhựa nhiệt dẻo polyester béo có nguồn gốc từ nguồn tái tạo , chẳng hạn , bột rễ cây, tinh bột (ngơ, bắp…), mía Axit lactic chế tạo ( thông qua lên men tinh bột) đồng sản phẩm trình xay ướt ngô Ở Châu Á, người ta sản xuất PLA chủ yếu dựa vào nguyên liệu từ tinh bột bắp • • • PLA thường blend với tinh bột để gia tăng độ phân hủy sinh học giảm giá thành Tuy nhiên, độ giòn blend PLA-TB nhược điểm ứng dụng Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng chất hóa dẻo KLPT thấp glyxeri, sorbitol trietyl citrate PLA không khuyến khích tiếp xúc nhiều với thực phẩm phương pháp chế tạo phương pháp lên men Ứng dụng PLA làm sản phẩm ép nóng cốc uống, khay đựng thức ăn lần, hộp đựng lọ trồng Vật liệu có tính chất học tốt, cho phép thay PS PET số trường hợp Vật liệu PHAs (Poly(hydroxylalkanoates)) - Polyhydroxyalkanoates PHAs polyeste thẳng sản xuất thiên nhiên cách lên men vi khuẩn đường chất béo PHAs có tính chất thay đổi dải rộng, từ rắn, dịn, đến dẻo tùy thuộc vào kích thước gốc R thành phần polyme Nếu gốc R=CH3 ta có PHB có Tm Tg cao làm cho màng chết dẻo PHB giịn, nên copolyme với mắc xích ankyl khác, đặc biệt R=C2H5 ta có PHV ưa chuộng cả, anhkyl có x= 3-6 có Tm Tg nhỏ hơn, tăng độ bền độ dai cao mà phân hủy sinh học tốt Vật liệu PHAs (Poly(hydroxylalkanoates)) Có phương pháp tổng hợp PHA: - - Phương pháp lên men: nguyên liệu bắp, ngô, sắn… → glucozo → lên men nhờ VSV→ tổng hợp PHA → tinh chế →cô đặc phơi khơ khn Q trình tổng hợp: dựa phát triển PHA tế bào trồng (cấy trực tiếp polyeste vào tế bào, phụ thuộc vào VSV trình canh tác) → homo-hay copolyesters với axit hydroxyalkanic khac tạo → trích ly nhựa từ trồng ( cách phá vỡ tế bào) → tìm cách loại dung mơi Tốn Vật liệu PHAs (Poly(hydroxylalkanoates)) • • • PHAs thương mại thơng dụng copolymer PHB/PHV chất hóa dẻo/chất hóa mềm phụ gia vô TiO2 CaCO3 Shin cộng (1997) cho thấy PHB/PHV phân hủy gần hoàn toàn 20 ngày cấy dịch tiêu hóa yếm khí Cịn điều kiện chôn mô phỏng, PHB/PHV phân hủy tháng Một ưu điểm PHA so với PLA khả tự phân hủy cao dể tổng hợp.Khi đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên tự phân hủy thành CO2 nước Điều có nhiều ứng dụng sống Vật liệu TPS (thermoplastic Starches) - Những polyme tạo từ tinh bột bắp,lúa mì,khoai tây có chứa nhựa nhiệt dẻo Tinh bột liên kết với Polyme tổng hợp khác,với hàm lượng tinh bột lớn 50% tạo nên loại plastic mà đáp ứng nhu cầu thị trường A, EAA(copolyme ethylen-acrylic acid): Được nghiên cứu từ năm 1977 Nhược điểm loại plastic nhạy cảm với thay đổi môi trường, dễ bị rách trượt khơng phân hủy hồn toàn với vi sinh vật Vật liệu TPS (thermoplastic Starches) B, Starch/vinyl alcohol copolymers: - Điểm hạn chế vật liệu giòn nhạy cảm với độ ẩm - Cơ chế phân hủy: • Thành phần tự nhiên: dù che chắn cấu trúc mạng bị phân hủy enzyme vi sinh vật • Thành phần tổng hợp phân hủy hấp phụ bề mặt vi sinh vật tạo bề mặt trống cho thủy phân thành phần tự nhiên Vật liệu TPS (thermoplastic Starches) C, Aliphatic polyesters: - Polyester béo có điểm tan chảy thấp khó tạo thành vật liệu nhiệt dẻo thổi tạo hình.Khi trộn tinh bột với polyester béo cải thiện nhược điểm Sự kết hợp tăng thuộc tính cơ,giảm nhạy cảm với nước tăng khả phân hủy Vật liệu từ Cellulose Cellulose nguồn nguyên liệu phong phú khơng hịa tan nước hầu hết dung mơi hữu Cellophane(giấy bóng kính) dạng phổ biến bao bì từ Cellulose,được sử dụng cho nhiều loại thực phẩm tính chống thấm dầu,khả ngăn cản cơng vi khuẩn,tính suốt Ngồi ra, Cellulose acetate kết hợp với tinh bột để tạo nên plastic dể phân hủy bới vi sinh vật.Cellulose kết hợp với Chitosan tạo màng có khả thấm khí thấm ướt cao Vật liệu bao bì từ cellulose dùng để bảo quản số loại rau dễ bị hư hỏng chuối , đào, dâu tây, nấm… Vật liệu từ Chitin Chitosan Chitin tổng hợp chủ yếu côn trùng,tôm cua nấm sợi.là loại composit bền vừng tạo khung bảo vệ cho chúng.Chitin khử nhóm acetyl tạo thành Chitosan,Chitin chitosan loại polyme phù hợp để tạo màng dạng sợi - Chitin (Poly-N-Acetyl-D-glucosamine ): (C8H13NO5)n - Chitosan (Poly-(1-4)-2-Amino-2-deoxy-b-d-glucan): (C6H11O4N)n BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC “MADE IN VIỆT NAM” Công ty TNHH SX TM Hồng Tiến Thành TP HCM vừa cho đời loại bao bì đựng thực phẩm, nước uống sử dụng: • 80% nguyên liệu bột bắp, khơng gây nhiễm mơi trường tự phân hủy • 20% cịn lại sản phẩm phụ gia thực phẩm an toàn - Khác với hộp nhựa PE, bao bì tự phân hủy có màu ngà đặc trưng bột bắp thơm bắp rang - Ưu điểm nổ bật: chịu dược nhiệt độ cao, đưa hộp đựng thức ăn vịa lị vi sóng để hâm nóng ăn - Quan trọng nhất: sau sử dụng, bao bì từ bột bắp tự phân hủy mơi trường, chơn xuống đất có độ ẩm cao thời gian phân hủy bao bì khoảng tháng BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC “MADE IN VIỆT NAM” Nhóm nghiên cứu Trường ĐH Khoa học tự nhiên TP.HCM vừa chế tạo thành công loại vật liệu sản xuất bao bì tự hủy hồn tồn môi trường tự nhiên cách sử dụng tinh bột sắn kết hợp với nhựa PVA (polyvinyl alcohol) có tính chất tự hủy sinh học chất độn khống sét phân tán kích thước nanomet (ứng dụng công nghệ nano) Theo nhận xét PGS.TS Hà Thúc Huy, giải pháp cho phép vật liệu thu có khả phân hủy 100% mơi trường chơn lấp tự nhiên Kết thực nghiệm cho thấy độ dẻo, khả chịu kéo, chịu xé không loại nhựa thông thường không cần sử dụng loại vật liệu có tên gọi nanocomposite sẵn sàng mềm bún Chỉ thời gian ngắn chơn lấp, vi sinh vật có sẵn đất “ăn” ngon lành vật liệu sau biến Vật liệu nanocomposite tự phân hủy sau ba tháng chôn đất - Ảnh thạc sĩ Trương Phước Nghĩa cung cấp BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC “MADE IN VIỆT NAM” CTCP Bao bì Vafaco – đơn vị thành viên Tổng Cơng ty Văn hóa Sài Gịn nghiên cứu sản xuất sản phẩm bao bì tự hủy đến tháng 2/2011 sản xuất thành công túi nilông tự hủy sinh học Đây loại túi tự hủy sinh học sản xuất từ nhựa HDPE với “chìa khóa” chất phụ gia reverte (nhập từ Anh) Các nhà khoa học đến từ trường đại học TP.HCM ĐH Khoa học tự nhiên, ĐH Công nghiệp, ĐH Bách khoa Quỹ Tái chế chất thải TP xác định hàm lượng chất phụ gia 1% nên khả gây độc hại khơng cao, người tiêu dùng yên tâm sử dụng loại túi sinh học KẾT LUẬN Vấn đề thân thiện với môi trường ngày coi trọng đặc tính vật liệu giá yếu tố quan trọng Ngày nay, giá nhiều loại vật liệu sinh học gần vượt chút so với PET PA, ngoại trừ PHAs, có giá trị gấp 10 lần plastic truyền thống Các nghiên cứu khoa học tìm lượng lớn vật liệu sinh học thích hợp cho bao bì thực phẩm việc ứng dụng chúng nhiều hạn chế Tài liệu tham khảo [1] http://lib.tvu.edu.vn/index.php/khoahoctunhien/hoa/483-vt-liu-polyme-phan-hy-sinh-hc.html [2] http://luanvan.net.vn/luan-van/de-tai-vat-lieu-bao-bi-bioplastic-37969/ [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Polylactic_acid [4] http://en.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxyalkanoates [5] http://gianhangvn.com/baobinhuape/gioi-thieu-2nd101702.html [6] http://www.caosuviet.com/NewsDetail/Bao-b%C3%AC-tu-huy-12040108.aspx [7] http://www.scpc.com.vn/zone/106/news/512-cty-cp-bao-bi-vafaco-sx-bao-bi-tu-huy.aspx Cám ơn thầy cô bạn lắng nghe ... sản phẩm bao bì tự phân rã Tuy nhiên, sản phẩm phân hủy sinh học lại có giá thành cao Bao bì sinh học Bao bì sinh học sản phẩm từ nguyên liệu tự nhiên , polymer tách trực tiếp từ sinh vật hay... chất lượng an toàn thực phẩm Quá trình phân hủy polyme phân hủy sinh học MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU Hiên nay, vật liệu bao bì sinh học chủ yếu từ polymer sinh học chẳng hạn như: Tinh bột,cellulose,... dụng, bao bì từ bột bắp tự phân hủy mơi trường, chơn xuống đất có độ ẩm cao thời gian phân hủy bao bì khoảng tháng BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC “MADE IN VIỆT NAM” Nhóm nghiên cứu Trường ĐH Khoa học