hỗn hợp nhựa polyethylene và màng tinh bột hóa dẻo bằng monoglyceride lỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỖN HỢP NHỰA POLYETHYLENE VÀ MÀNG TINH BỘT HÓA DẺO BẰNG MONOGLYCERIDE LỎNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN PGS.TS Hà Thúc Huy Nguyễn Hoàng Sơn CNKH Trần Thảo Nguyên Lớp Công Nghệ Hóa Học K34 Tháng 05/2012 2082191 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC - *********** Cần Thơ, ngày 02 tháng 01 năm 2012 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Năm học: 2011 - 2012 Sinh viên thực - Họ tên: Nguyễn Hoàng Sơn - MSSV: 2082191 - Ngành: Công nghệ Hóa học - Khóa: 34 Tên đề tài Hỗn hợp nhựa polyethylene/màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng Địa điểm, thời gian thực - Phòng thí nghiệm polymer - Khoa Hóa - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp HCM - Phòng thí nghiệm Vật liệu composite - Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ - Thời gian: 02/2012 – 05/2012 Cán hướng dẫn - PGS.TS Hà Thúc Huy – Khoa Hóa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Tp Hồ Chí Minh - CNKH Trần Thảo Nguyên – Khoa Khoa học vật liệu - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Tp Hồ Chí Minh Mục tiêu đề tài Tạo hỗn hợp nhựa polyethylene/màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng khảo sát số tính chất lý hỗn hợp Các nội dung đề tài - Tổng hợp monoglyceride lỏng từ dầu nành - Tạo màng tinh bột nhiệt dẻo - Khảo sát khả tương hợp nhựa PE màng tinh bột nhiệt dẻo - Đánh giá tính chất lý của hỗn hợp màng tinh bột/PE thu Kinh phí dự trù: 000 000 đ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ PGS TS Hà Thúc Huy CNKH Trần Thảo Nguyên Nguyễn Hoàng Sơn Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Hóa NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Cán hướng dẫn: PGS TS Hà Thúc Huy Đề tài: Hỗn hợp nhựa PE màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Sơn Mã số sinh viên: 2082191 Lớp: Công nghệ hóa học K34 Nội dunh nhận xét Trong thời gian thực khóa luận tốt nghệp, sinh viên Nguyễn Hoàng Sơn thể số tính cách như: chăm chỉ, trung thực Với nội dung đề tài là: khảo sát hỗn hợp polymer sở PE tinh bột nhiệt dẻo; sinh viên Sơn tạo hỗn hợp polymer có tính tương hợp tốt Việc hóa dẻo tinh bột monoglyceride dầu đậu nành glycerol kết hợp với diện chất trợ tương hợp tăng tỷ lệ tinh bột hợp phần, đồng thời làm tăng tính hỗn hợp polymer Điều mở triển vọng ứng dụng vật liệu tron lĩnh vực polymer thân thiện với môi trường Chúng đánh giá cao kết đạt từ luận văn tốt nghiệp sinh viên Nguyễn Hoàng Sơn Điểm: Cần Thơ, ngày 12 tháng năm 2012 Người nhận xét PGS.TS Hà Thúc Huy NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN   Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 2012 Cán phản biện TS Trương Chí Thành NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN   Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 2012 Cán phản biện CNKH Trần Thảo Nguyên LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hà Thúc Huy Thầy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn Tuy thời gian làm luận văn không nhiều Thầy truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm vô quý báo Em xin cảm ơn TS Trương Chí Thành quan tâm, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em thực tốt luận văn Em xin chân thành cảm ơn lo lắng quan tâm Thầy dành cho chúng em Em xin cảm ơn cô Trần Thảo Nguyên Cô quan tâm giúp đỡ em chặng đường làm luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Em xin cảm ơn TS Hà Thúc Chí Nhân, anh Mai Thanh Tâm anh chị bạn phòng thí nghiệm I65 F211 giúp đỡ em dụng cụ, hóa chất giúp em giải đáp thắc mắc, khó khăn trình làm thí nghiệm Chính nhiệt tình anh chị bạn giúp em nhanh chóng làm quen với môi trường hoàn thành tốt luận văn Em xin cám ơn cô Cao Lưu Ngọc Hạnh, thầy Trần Nam Nghiệp, thầy Nguyễn Việt Bách, cô Nguyễn Thị Bích Thuyền Thầy Cô môn dạy dỗ em suốt thời gian qua, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt luận văn Cám ơn bạn lớp Công nghệ hóa K34 ủng hộ giúp đỡ Đặc biệt cám ơn Tuyền Sử sát cánh bên thời gian làm luận văn Xin cảm ơn người thân yêu con, nguồn động viên tinh thần to lớn chỗ dựa vững bước đường Con xin cảm ơn làm cha mẹ ii GIỚI THIỆU Hiện bao bì nhựa sử dụng phổ biến sống hàng ngày tính tiện dụng Tuy nhiên, phần lớn bao bì nhựa sản xuất từ sản phẩm dầu mỏ nên vấn đề ô nhiễm môi trường đặt Gần đây, để giảm tác hại bao bì nhựa đến môi trường, nhà nước ta ban hành thuế loại sản phẩm Tuy nhiên, giải pháp tạm thời tính tiện dụng bao bì nhựa lớn Vì thế, việc nghiên cứu tìm loại vật liệu thay đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng, thân thiện môi trường giá thành hợp lý vấn đề cấp thiết Các polysaccharides tự nhiên dễ phân hủy, đặc biệt tinh bột, cho sản phẩm có chi phí thấp khả phân hủy lớn Tuy nhiên, tự thân đủ tính mềm dẻo Để có ứng dụng tốt tinh bột cần trộn thêm phụ gia khác Chính vậy, em chọn đề tài “hỗn hợp nhựa polyethylene/ màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng” để nhằm đáp ứng nhu cầu iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .ii GIỚI THIỆU iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Polymer phân hủy sinh học 1.2 Hóa dẻo polymer .3 1.2.1 Khái niệm .3 1.2.1.1 Hóa dẻo polymer 1.2.1.2 Chất hóa dẻo 1.2.2 Cơ chế hóa dẻo .3 1.2.3 Ảnh hưởng chất hóa dẻo lên tính chất polymer .4 1.2.3.1 Nhiệt độ thủy tinh hóa nhiệt độ chảy nhớt .4 1.2.3.2 Ảnh hưởng đến tính chất lý 1.2.3.3 Ảnh hưởng đến tính chất điện 1.2.4 Các yếu tố đánh giá chất hóa dẻo 1.2.4.1 Hiệu hóa dẻo .5 1.2.4.2 Di hành/tách 1.2.4.3 Ổn định nhiệt độ cao .5 1.2.4.4 Ổn định nhiệt độ thấp 1.3 Tinh bột 1.3.1 Giới thiệu 1.3.2 Polymer tinh bột iv 1.3.3 Thành phần hóa học tinh bột 1.3.3.1 Thành phần cấu trúc amylose 1.3.3.2 Thành phần cấu trúc amylopectin 1.3.4 Cấu trúc hạt tinh bột .9 1.3.5 Tính chất tinh bột 12 1.3.5.1 Tính chất hấp thụ .12 1.3.5.2 Độ hoà tan tinh bột 12 1.3.5.3 Sự trương nở tượng hồ hoá tinh bột .12 1.3.5.4 Độ nhớt hồ tinh bột 14 1.3.5.5 Khả tạo gel thoái hoá gel tinh bột 14 1.3.5.6 Phản ứng với iot .15 1.3.5.7 Khả tạo phức 15 1.3.6 Tinh bột nhiệt dẻo .16 1.4 Monoglyceride .18 1.4.1 Giới thiệu 18 1.4.2 Các phương pháp tổng hợp monoglyceride 19 1.4.2.1 Ester hóa trực tiếp glycerol với acid béo 19 1.4.2.2 Tranester hóa glycerol với ester acid béo .19 1.4.2.3 Transester hóa glycerol với dầu thực vật mỡ động vật 20 1.4.3 Ứng dụng 20 1.5 Nhựa polyethylene (PE) .20 1.6 Các phương pháp phân tích 23 1.6.1 Phương pháp sắc ký mỏng 23 1.6.2 Phương pháp phân tích nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC) 25 1.6.3 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 25 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 27 2.1 Nội dung đề tài 27 2.2 Hóa chất thiết bị 27 v PHỤ LỤC 6: KẾT QUẢ ĐO DSC CỦA MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO 51 PHỤ LỤC 7: KẾT QUẢ ĐO KÉO HỖN HỢP 50% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 50% NHỰA PE 52 PHỤ LỤC 8: KẾT QUẢ ĐO KÉO HỖN HỢP 45% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 55% NHỰA PE 53 PHỤ LỤC 9: KẾT QUẢ ĐO KÉO HỖN HỢP 40% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 60% NHỰA PE 54 PHỤ LỤC 10: KẾT QUẢ ĐO KÉO HỖN HỢP 35% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 65% NHỰA PE 55 PHỤ LỤC 11: KẾT QUẢ ĐO KÉO HỖN HỢP 30% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 70% NHỰA PE 56 PHỤ LỤC 12: KẾT QUẢ ĐO KÉO CỦA NHỰA PE 57 PHỤ LỤC 13: GIẢN ĐỒ TGA CỦA MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO 58 PHỤ LỤC 14: GIẢN ĐỒ TGA CỦA HỖN HỢP 50% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 50% NHỰA PE 59 PHỤ LỤC 15: GIẢN ĐỒ TGA CỦA HỖN HỢP 40% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 60% NHỰA PE 60 PHỤ LỤC 16: GIẢN ĐỒ TGA CỦA HỖN HỢP 30% MÀNG TINH BỘT NHIỆT DẺO VÀ 70% NHỰA PE 61 PHỤ LỤC 17: GIẢN ĐỒ TGA CỦA NHỰA PE 62 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Cần Thơ, ngày 11 tháng 01 năm 2012 ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Năm học: 2011 – 2012 Tên đề tài thực hiện: Hỗn hợp nhựa polyethylene/màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng Họ tên cán hướng dẫn - PGS TS Hà Thúc Huy – Khoa Hóa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Tp Hồ Chí Minh - CNKH Trần Thảo Nguyên – Khoa Khoa học vật liệu - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Tp Hồ Chí Minh Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Sơn – MSSV: 2082191 – Lớp Công nghệ Hóa K34 – Trường Đại Học Cần Thơ Đặt vấn đề Hiện bao bì nhựa sử dụng phổ biến sống hàng ngày tính tiện dụng Tuy nhiên, phần lớn bao bì nhựa sản xuất từ sản phẩm dầu mỏ nên vấn đề ô nhiễm môi trường đặt Gần đây, để giảm tác hại bao bì nhựa đến môi trường, nhà nước ta ban hành thuế loại sản phẩm Tuy nhiên, giải pháp tạm thời tính tiện dụng bao bì nhựa lớn Vì thế, việc nghiên cứu tìm loại vật liệu thay đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng, thân thiện môi trường giá thành hợp lý vấn đề cấp thiết Các polysaccharides tự nhiên dễ phân hủy, đặc biệt tinh bột, cho sản phẩm có chi phí thấp khả phân hủy lớn Tuy nhiên, tự thân đủ tính mềm dẻo Để có ứng dụng tốt tinh bột cần trộn thêm phụ gia khác Chính vậy, em chọn đề tài “hỗn hợp nhựa polyethylene/màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng” để nhằm đáp ứng nhu cầu Mục đích yêu cầu - Tổng hợp monoglyceride từ dầu nành - Tạo màng tinh bột nhiệt dẻo - Tạo hỗn hợp nhựa polyethylene/màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng khảo sát số tính chất lý hỗn hợp Địa điểm, thời gian thực hiện: - Phòng thí nghiệm polymer - Khoa Hóa - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp HCM - Phòng thí nghiệm Vật liệu composite - Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ - Thời gian: từ ngày 25/12/2011 đến ngày 22/04/2012 Giới thiệu thực trạng có liên quan đến đề tài Việc sử dụng loại bao bì nhựa khả tự phân hủy ảnh Hàng năm giới có khoảng 150 triệu màng bao gói từ chất dẻo sản xuất tiêu thụ Hầu hết nguyên liệu màng bao bì gói từ sản phẩm dầu mỏ nên kết việc tăng nhu cầu sử dụng dầu mỏ nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, gây nên lãng phí Chính vậy, việc sử dụng vật liệu có nguồn gốc sinh học làm bao bì thay vật liệu cũ trở nên cấp thiết Nước ta có nguồn nguyên liệu tinh bột phong phú Ở miền Trung, khí hậu khắc nghiệt, đất đai màu mỡ năm cho sản lượng tinh bột cao, tinh bột sắn Tuy nhiên, việc sử dụng nguồn nguyên liệu cho có hiệu kinh tế cao hạn chế Vì vậy, việc nghiên cứu đưa nguồn nguyên liệu vào sản xuất công nghiệp sản xuất bao bì thay bao bì chất dẻo khó phân hủy có ý nghĩa vô to lớn Các nội dung giới hạn đề tài Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết - Bàn luận Chương 4: Kết luận - Kiến nghị Phương pháp thực đề tài - Lượt khảo tài liệu - Tiến hành tổng hợp monoglyceride lỏng từ dầu nành - Phối trộn hỗn hợp nhựa PE/màng tinh bột hóa dẻo monoglyceride lỏng đánh giá số tính chất hỗn hợp 10 Kế hoạch thực (ghi rõ tiến độ thực hiện) TUẦN 1-2 (02/01 - 15/01) NỘI DUNG - Lập đề cương - Tổng hợp monoglyceride lỏng từ dầu nành 3-4 - Nghỉ Tết (16/01 - 29/01) 5–8 (30/01 - 26/02) - 13 (27/02 - 01/04) 14 - 15 (02/04 - 22/04) - Tạo màng tinh bột nhiệt dẻo - Tạo hỗn hợp màng tinh bột nhiệt dẻo/PE - Khảo sát đánh giá tính số tính chất hỗn hợp màng tinh bột nhiệt dẻo/PE thu - Tổng hợp xử lý số liệu - Hoàn thành viết 16 - Chuẩn bị file báo cáo (23/04 – 12/05) SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Hoàng Sơn DUYỆT CỦA BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Hà Thúc Huy CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CNKH Trần Thảo Nguyên DUYỆT CỦA HĐ LV&TLTN [...]... dẻo 34 Hình 3.4 Giản đồ DSC của màng tinh bột nhiệt dẻo 35 Hình 3.5 Giản đồ DSC của nhựa PE 35 Hình 3.6 Giản đồ DSC của hỗn hợp 50% màng tinh bột nhiệt dẻo và 50% nhựa PE 36 Hình 3.7 Giản đồ DSC của hỗn hợp 40% màng tinh bột nhiệt dẻo và 60% nhựa PE 36 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn modul của hỗn hợp màng tinh bột nhiệt dẻo/ PE với các tỷ lệ thành phần khác... gia vào quá trình gelatin hóa tinh bột gọi là chất hóa dẻo Quá trình hóa dẻo có thể thực hiện với lượng thừa hoặc vừa đủ chất hóa dẻo, nhiệt độ hoặc áp suất TPS hóa dẻo bằng các chất hóa dẻo khác nhau có tính chất khác nhau Các chất hóa dẻo được hấp thu vào trong cấu trúc tinh bột và có sự tương tác với các mạch tinh bột Độ nhớt của TPS cũng như tính chất của TPS phụ thuộc khá nhiều vào thành phần tinh. .. thêm chất hóa dẻo 1.2.4 Các yếu tố đánh giá chất hóa dẻo 1.2.4.1 Hiệu quả hóa dẻo Nồng độ hóa dẻo càng cao thì vật liệu càng mềm dẻo, kích thướt hóa dẻo càng lớn thì hiệu ứng hóa dẻo giảm 1.2.4.2 Di hành/tách Khi polymer đã hóa dẻo tiếp xúc với các vật liệu khác (PVC đã hóa dẻo tiếp xúc với PVC cứng) thì chất hóa dẻo có thể di hành đến các vật liệu này Tốc độ di hành phụ thuộc vào loại hóa dẻo, loại... Starch - TPS) khi tinh bột đã hóa dẻo bởi một quá trình gelatin hóa (nấu chín) hay quá trình hóa dẻo (hình 1.6) Quá trình này chỉ xảy ra khi tinh bột được nung nóng (có thể kết hợp với áp suất cao) với sự hiện diện của một hoặc nhiều hợp chất có khả năng hóa dẻo tinh bột như nước, glycerol…Quá trình hóa dẻo bao gồm làm cho hạt tinh bột trương lên, mất định hướng cấu trúc, và làm giảm độ kết tinh Các chất... tinh loại B cho củ và tinh bột amylose giàu Kết tinh kiểu C đã được chứng minh là một hỗn hợp A và B, là đặc trưng tinh bột cây họ đậu và ngũ cốc trong điều kiện cụ thể của nhiệt độ và hydrat hóa Các đặc tính dang V tinh thể của amylose tạo phức với axit béo và monoglycerides, xuất hiện khi hồ hóa tinh bột, hiếm khi được phát hiện trong tinh bột tự nhiên, mặc dù nó đã được chứng minh, bằng cách sử dụng... ứng suất của hỗn hợp màng tinh bột nhiệt dẻo/ PE với các tỷ lệ thành phần khác nhau 39 vii Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn độ biến dạng của hỗn hợp màng tinh bột nhiệt dẻo/ PE với các tỷ lệ thành phần khác nhau 39 Hình 3.11 Kết quả đo TGA của hỗn hợp màng tinh bột nhiệt dẻo/ PE ở các tỷ lệ khác nhau 40 viii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Nhiệt độ hồ hoá của một số tinh bột tự nhiên... thành phần tinh bột Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc của tinh bột trong quá trình hóa dẻo [12] Đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về hóa dẻo tinh bột nhằm nổ lực biến tinh bột trở thành một polymer nhiệt dẻo, có thể dễ dàng gia công bằng các phương pháp thông dụng như đùn, ép phun, cán…Sau đây là một số công trình tiêu biểu nghiên cứu về hóa dẻo tinh bột Chất hóa dẻo được dùng đầu tiên và đến nay vẫn... nước sẽ xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột Tại đây nước sẽ tương tác với nhóm hydroxyl của tinh bột tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắc xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi Do đó phân tử tinh bột bị xê dịch rồi bị rão ra và bị trương lên Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp 9,1%, tinh bột khoai tây 12,7%, tinh bột khoai mì 28,4%... chảy của tinh bột tự nhiên cao hơn nhiệt độ phân hủy nhiệt nên tính ổn định nhiệt của tinh bột tự nhiên kém Trong các chất dẻo, các hạt tinh bột kết tinh có thể được sử dụng như những chất làm đầy hoặc bị biến đổi thành tinh bột nhiệt dẻo dạng mà có thể gia công riêng hoặc kết hợp với các polymer tổng hợp khác Các polymer tinh bột được tạo ra từ việc chiết tinh bột Lấy ví dụ ở ngô : tinh bột được chiết... hơn, thích hợp cho quá trình gia công sản phẩm Chất hóa dẻo có thể làm giảm độ nhớt, nhiệt độ thủy tinh và modul đàn hồi của sản phẩm và cũng làm thay đổi một số tính chất hóa học cơ bản của vật liệu được hóa dẻo 1.2.2 Cơ chế hóa dẻo Polymer có cấu trúc xác định với sự thay đổi cấu trúc dạng trong không gian Khi ta đưa chất hóa dẻo vào polymer, các phân tử hóa dẻo di chuyển vào bên trong và bắt đầu