Tổng quan polymer phân hủy

Tổng quan polymer phân hủy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TỔNG QUAN POLYMER PHÂN HỦY CÁN BỘ GIẢNG DẠY: Ts HUỲNH ĐẠI PHÚ Nhóm 1 PHẦN 1: TỔNG QUAN POLYMER PHÂN HỦY Giới thiệu chung biodegradation plastic - Nhựa phân hủy nhựa mà phân hủy hiếu khí hay kị khí môi trường tự nhiên thời gian định (do vùng quy định ) Sự phân hủy nhựa đạt vi sinh vật môi trường tiếp xúc chuyển hóa cấu trúc phân tử nhựa để tạo chất gọi mùn trơ, gây hại cho môi trường en.wikipedia.org/ /Biodegradable_plastic - Bioplastics nhựa phân hủy sinh học thường sản xuất chủ yếu hoàn toàn từ nguồn tài nguyên tái tạo ngành công nghiệp sản xuất bioplastics thường tập trung vào việc làm cho thuận tiện sinh hoạt phù hợp ổn định với môi trường 1.1 - Polymer xem “xanh” phải thỏa mãn yêu cầu: • • Một chúng phải tạo từ nguồn nguyên liệu tái tạo, làm đổi lại trồng… Hai chúng phải trở thành phân bón bị phân hủy phân hủy hoàn toàn tạo chất không nguy hại với môi trường Hai điều kiên không phụ thuộc vào - Có loại polymer phân hủy : • Polymer tổng hợp dựa vào chế phẩm công nghiệp dầu mỏ o Polyesters béo (Td., polyglucolic acid, polybutylene succinate, polycaprolactone) o Polyesters thơm hỗn hợp hai loại (Td., polybutylene succinate terephthalate) o Polyvinylalcohols o Polyolefins biến tính (polyethylene or polypropylene biến tính với chất nhạy nhiệt, nhạy ánh sáng) • Polymer tự nhiên: tạo từ nguồn phục hồi lại tinh bột, xenluloz o Polysaccharides (Td., tinh bột, cellulose, lignin, chitin) o Proteins (Td., gelatine, casein, wheat gluten, silk and wool) o Lipids (Td., dầu castor mở động vật) o o o • 1.2 polyesters produced by micro-organism or by plants (e.g., polyhydroxy-alcanoates, poly-3-hydroxybutyrate) polyesters synthesised from bio-derived monomers (polylactic acid) Các loại khác (natural rubbers, composites) Polymer nhân tạo: o PHA: Poly-hydroxy-alkanoate o PHB: Poly-hydroxy-butyrate o PHB-PHV: Poly (hydroxybutyrate-hydroxyvalerate) Lịch sử phát triển nhựa phân hủy Các sản phẩm polymer tự nhiên hổ phách, sen-lăc ( chất nhựa dạng tờ mảnh mỏng, dùng để làm vécni), gutta-percha (nhựa nam dương ) người khai thác sử dụng từ lâu lịch sử phát triển loài người từ thời La mã trung cổ sau thổ dân châu mỹ cải tiến kỹ thuật để làm môi để múc muỗng từ sừng động vật trước có sản phẩm đại châu âu, đúc đồ trang sức hộp hoa đèn phổ biến kỷ 18 Sự thương mại hóa bioplastics bắt đầu vào kỷ 19 Các nhà phát m i n h n gư i M ỹ đ ã t ì m k i ế m m ộ t vậ t l i ệ u t h a y t h ế n gà vo i t r o n g s ả n x uấ t banh bida (Nitrocellulose), năm 1969 sang chế sản xuất banh bida từ dẫn xuất cellulose Và loại vật liệu sử dụng nhựa rộng rãi công nghiệp sản xuất phim ảnh Trong năm 1920, Henry Ford thử nghiệm mằng cách sử dụng đậu tương sản xuất ôtô với mong muốn tìm ứng dụng thưc phẩm không cho thặng d n ô n g n gh i ệp c h ấ t d ẻ o đ ậ u n n h đ a n g n gà y c n g đ ợ c s d ụn g n h i ề u sản xuất phụ tùng ôtô bánh xe, trang trí nội thất bảng điều k h i ển … c uố i c ù n g , Fo r d đ ã đ i t r c t r o n g v i ệ c s ả n x u ấ t m ộ t m ẫ u x e ô t ô hoàn toàn nhựa ngày nay, việc sử dụng nhựa phụ tùng ô tô phổ biến việc sử dụng sản phẩm nhựa làm từ nguyên vật liệu tái sinh có thành phần phụ cần theo dõi sử dụng Một sản phẩm bioplastic đứng vững trước cạnh tranh nhựa tổng hợp giấy bóng kính cellophane, vật liệu có nguồn gốc từ cellulose N gà y n a y n hu cầ u v ề vậ t l i ệ u n hự a l i ê n t ụ c t ă n g cô n g n gh i ệp n hự a l thành phần quan trọng kinh tế với áp lực từ chất thải n g y c n g t ă n g v g i ả m b t c c n g u n l ự c c ó k h ả n ă n g v ề t i c h ế c c polymer tự nhiên sử dụng chúng làm nguyên liệu cho chế tạo công nghiệp tương lai, hứa hẹn hệ nhựa màu xanh đời 1.3 Sự khác nhựa phân hủy nhựa truyền thống Bioplastics nhựa phân hủy sinh học thường sản xuất chủ yếu hoàn toàn từ nguồn tài nguyên tái tạo ngành công nghiệp sản xuất bioplastics thường tập trung vào việc làm cho thuận tiện sinh hoạt phù hợp ổn định với môi trường giống hầu hết sản phẩm nhựa, bioplastics bao gồm polymer kết hợp chất dẻo phụ gia chế biến công nghệ ép phun, tạo hình nhiệt phản ứng nhiệt Nhựa phân hủy có thuộc tính: • Chúng phân hủy • Chúng làm từ nguyên liệu tái tạo • Chúng chế biến để thân thiện với môi trường Chất dẻo hay nhựa truyền thống không đáp ứng với thuộc tính Chất dẻo truyền thống khó để phân hủy, chúng tạo từ nguyên liệu hóa thạch không tái tạo có hại với môi trường sống chúng góp phần làm tăng lượng chất thải rắn gây ô nhiễm môi trường Nhựa truyền thống làm từ nhiên liệu hóa thạch không tái tạo, chứa n h i ề u c a c bo n t r o n g n hự a t r i n g ợ c vớ i c c h s ả n x uấ t n hự a p hâ n h ủ y, cacbon vĩnh viễn bị mắc kẹt lại lưới nhựa tái chế Mặt khác nhựa phân hủy có thành phần polymer tự nhiên nên dễ để vi sinh vật phân hủy 1.4 Lợi ích nhựa phân hủy Lợi ích môi trường chất dẻo phân hủy phụ thuộc vào cách sử lý thích hợp nhựa phân hủy liều thuốc cho môi trường nhiên nhà khoa học cho bất lợi môi trường phân hủy nhựa gây cacbon giải phóng vào không khí khí nhà kính Tuy nhiên chất dẻo phân hủy từ chất liệu tự nhiên trồng sản phẩm động vật, cô lập CO giai đoạn phát triển, giải phóng CO giai đoạn phân hủy, không thu dòng khí thải cacbon dioxitde Chất dẻo phân hủy yêu cầu môi trường cụ thể độ ẩm oxi thích hợp để phân hủy có nhiều tranh luận tổng số carbon , nhiên liệu hóa thạch sử dụng nước chế biến nhựa phân hủy từ chất liệu tự nhiên cho dù có tác động tiêu cự đến nguồn cung cấp thức ăn cho người en.wikipedia.org/ /Biodegradable_plastic Nhựa phân hủy thay dạng không phân hủy dòng chất thải, làm phân trộn, công cụ quan trọng để chuyển hướng số lượng lớn chất thải khác từ bãi rác Những ưu điểm nhựa phân hủy: trọng lượng nhẹ, chi phí tương đối thấp khả phân hủy hoàn toàn thay cố gắng tái chế số lượng tương đối nhỏ nhựa hỗn hợp, chất dẻo phân hủy dễ dàng kết hợp với chất thải hữu khác, qua cho phép phân trộn ( làm phân bón ) có vị cao chất thải rắn Nhựa phân hủy làm giảm gánh nặng việc phân hủy xử lý chất thải bãi rác Việc sử dụng chất dẻo phân hủy xem khả khác việc xử lý chất thải ngoại trừ việc đốt tro chôn chất thải xuống đất 1.5 Ứng dụng nhựa phân hủy Bioplastics để ứng dụng rộng rãi thực tế cần phải cạnh tranh với sản phẩm nhựa Bioplastics phải phát triển bền vững nhờ tính chất: linh hoạt, đàn hồi, độ dẻo hết tính bền tính chất giúp nhựa truyền thống có chỗ đứng thị trường, phát triển hoàn thiện tính chất mục tiêu nghiên cứu chất dẻo phân hủy nhiều năm qua Có nhiều nghiên cứu có liên quan đến phương pháp phân hủy nhựa, có nghiên cứu kiểm soát thời gian phân hủy nhựa mục tiêu nghiên cứu để tạo sản phẩm mà kiểm soát trình phân hủy sản phẩm nhựa theo ý muốn Màng bao phủ nhựa phân hủy: Màng bao phủ đặt mặt đất xung quanh trồng để kiểm soát tăng trưởng cỏ dại giữ độ ẩm bình thường, nông dân sử dụng nhựa polyetylen đen kéo lên sau thu hoạch Tuy nhiên khảo nghiệm cách sử dụng màng bọc bao phủ phân hủy loại trồng cà chua ớt cho thấy thực màng polyethylene đơn giản cấy vào mặt đất sau thu hoạch Nó dễ dàng làm đất giàu cacbon PHẦN 2: BIODEGRADATION PLASTIC 2.1 Sản xuất nhựa phân hủy: Nhựa phân hủy nhà máy sản xuất dựa tài liệu nghiên cứu có sẵn nhiều năm qua Tuy nhiên chi phí để sản xuất nhựa phân hủy cao có nghĩa chi phí sản xuất yếu tố ngăn cản nhựa phân hủy thay nhựa truyền thống thị trường đại chúng Nhựa phân hủy thường sản xuất hai hình thức: ép phun (rắn, hình n g D ), t h n g d n g c c d ị n h v ụ t i ệ n í c h t h ự c p hẩ m , p h i m ả n h, thường đóng gói trái hữu sưu tập túi cho cỏ trang trí, nông nghiệp mulch Sản xuất: nỗ lực để khắc phục thiếu sót, nhà nghiên cứu tìm cách phát triển sản phẩm nhựa phân hủy làm từ nguồn tái tạo, thực vật chẳng hạn chất dẻo truyền thống không phân hủy phân hủy với thời gian dài phân tử polymer lớn liên kết chặt chẽ với nên khó chia đồng hóa vi sinh vật nhiên chất dẻo phân hủy làm từ lúa mì tinh bột ngô có phân tử dễ dàng công chia nhỏ vi sinh vật Tinh bột polymer tự nhiên Các loại ngũ cốc củ thường có chứa t ỷ l ệ l n t in h b ộ t t in h b ộ t c ó t h ể đ ợ c x l ý t r ự c t i ế p o m ộ t b i o p l a s t i c n h n g m ộ t đ ặ c đ i ể m h n c h ế c t i n h t l d ễ hò a t a n t r o n g n c v ì vậ y bioplastics làm từ tinh bột bị trương lên biến dạng tiếp xúc với độ ẩm, hạn chế sử dụng Vấn đề khắc phục cách trộn tinh bột vào polymer khác Trước tiên tinh bột thu hoạch từ ngô, lúa mì khoai tây, sau vi sinh vật biến thành axit lactic, monomer Cuối cùng, phân tử axit lactic đươc liên kết thành chuỗi dài polymer Sau chúng liên kết với để tạo thành nhựa gọi polylactide(PLA) PLA dùng cho sản phẩm chậu tã trẻ em dùng lần, thương mại hóa từ năm1990, số pha trộn tỏ hiệu việc cấy ghép Tuy nhiên P L A đ ắ t h n n h ự a t h ô n g t h n g n ên PL A đ ã kh ô n g t h n h cô n g t r o n g vi ệ c d n h chấp nhận rộng rãi người tiêu dùng Nhựa sản xuất vi khuẩn cách làm polymer phân hủy liên quan đến việc sản xuất hạt nhựa từ bên tế bào vi khuẩn có tên polyhydroxyalkanoate(PHA) Vi khuẩn nuôi cấy nhựa thu hoạch từ tế bào vi khuẩn nhà khoa học lấy gen từ vi khuẩn cấy chúng vào bắp sau sản xuất nhựa tế bào riêng www.science.org.au/ /061key.htm - Chất thải động vật có hội trở thành nhựa phân hủy Một nghiên cứu phát triển trường đại học Waikato cho phép chất thải động vật chuyển thành nhựa có ích phân hủy quy trình phát triển hai năm trường đại học Waikato, kỹ sư, tiến sĩ thạc sĩ Johan Verbeek, sinh viên Lisa van den Berg, biến rác thải từ động vật máu lông thành loại nhựa phân hủy cách sử dụng tiêu chuẩn đùn nhựa ép phun.Tiến sĩ Verbeek hài lòng sử dụng chất thải có giá trị thấp để tạo s ả n p h ẩ m c ó g i t r ị ca o m kh ô n g g â y ô n h i ễ m m ô i t r n g t c c vậ t l i ệ u đ ó sản xuất sản phẩm mạnh polyethylene-nhựa sử dụng chai sữa túi nhựa siêu thị phân hủy hoàn toàn Tiến sĩ Verbeek nói protein polymer để biến chúng thành nhựa ông dự kiến bioplastic phù hợp với plastic nông nghiệp, khay giống, chậu chí sân golf (cọc phát bóng) Ở Việt Nam, sản xuất nhựa phân hủy theo công nghệ nước Công ty cổ phần văn hóa Tân Bình ( công ty ALTA) sản xuất bao bì nhựa tự hủy theo công nghệ nước ngoai Công nghệ sản xuất bao bì nhựa tự hủy tương tự công nghệ sản xuất bao bì thường, trình sản xuất có thêm chất phụ gia để bao bì nhựa tự phân hủy Quá trình sản xuất cho phép in ấn lên bao bì sản phẩm loại bao bì nhựa thông thường.Thời gian để bao bì nhựa phân hủy từ tháng đến lâu tùy theo yêu cầu khách hàng Sau thời gian trên, bao bì nhựa tự phân hủy, rã thành loại bột mịn Trong môi trường yếm khí bãi rác, bao bì nhựa tự hủy phân hủy nhanh hơn.T đ ầ u n ă m 03 đ ến n a y, c ô n g t y A LTA đ ã s ả n x u ấ t x uấ t k hẩ u m ặ t hàng qua nước Italia, Đức, Anh, Pháp theo đơn đặt hàng khách hàng Trong tháng đầu năm 2005, Công ty ALTA xuất 30 bao bì nhựa tự hủy Tuy nhiên, giá thành bao bì nhựa tự hủy cao bao bì nhựa thường từ 15-20% Do đó, loại bao bì nhựa tự hủy chưa khách hàng nước chuộng Hiện Công ty ALTA (thông qua nhà phân phối) làm việc với Thương xá TAX Sở Y tế TP.HCM để đưa bao bì nhựa tự hủy vào sử dụng sống Trước mắt, Thương xá TAX đặt hàng 16 bao bì nhựa tự hủy để đưa vào sử dụng siêu thị http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Bao-bi-nhua-tu-phan-huy-da-duoc-san-xuat-taiVN/20453677/189/ - Các nhà khoa học thuộc Đại học Hoàng đế London (Anh) tìm cách chuyển đổi đường có loại mọc nhanh cỏ thành phân tử lớn, biết đến với tên polymer, dùng để chế tạo chất dẻo Vì loại không cần phải chăm bón không cần nhiều đất để mọc, việc dùng chúng sản xuất chất dẻo bị phản đối dùng loại trồng khác để làm nhiên liệu cho xe Bên cạnh đó, chu trình sản xuất vật liệu lại cần lượng so với phương pháp chế tạo chất dẻo Mặc dù thị trường có loại chất dẻo làm từ vật liệu tự nhiên bắp, tiếc thay loại chất dẻo lại không phân hủy nhanh chóng Phát chuyên gia Anh cắt giảm v i ệ c s d ụn g d ầ u m ỏ đ ể t o c h ấ t d ẻ o m cò n có kh ả n ă n g c h o p p c o n người làm phân trộn từ nhựa nhà Chất dẻo có nguồn gốc dầu mỏ thường phải nhiều năm để phân hủy, vật liệu làm từ đường thực vật dễ dàng phân hủy vòng vài tháng Theo nhà nghiên cứu, chất dẻo sinh học có mặt thị trường vòng năm tới http://www.tin247.com/nhua_phan_huy_duoc-12-21553065.html C c n hà k ho a họ c H n Q u ố c đ ã c h ế t o r a m ộ t l o i p o l ym e r d ùn g đ ể s ả n x uấ t r a l o i c h ấ t d ẻ o đ ợ c ứ n g d ụ n g n h i ề u t r o n g đ i s ố n g d ự a t r ên c ô n g nghệ sinh học không sử dụng nhiên liệu hóa thạch Nghiên cứu giúp sản xuất loại chất dẻo thân thiện với môi trường, có khả phân hủy sinh học độc hại C h ìa kh ó a c ủ a n gh i ên c ứ u n y c h ín h l a c i d p o l y l a c t i c ( PL A ), m ộ t l o i polymer sinh học sản xuất nguồn nguyên liệu tự nhiên tái tạo Nguyên liệu sản xuất PLA bột bắp chất giàu tinh b ộ t n h b ộ t l ú a m ì Đ ặ c b i ệ t cá c p o l y m e r n y có t h ể p h â n h ủ y s i n h họ c t r o n g vò n g t h n g đ i ề u k i ện l ý t n g PLA dùng làm vật liệu để sản xuất bao bì phân bón, thực phẩm loại bát đĩa dùng lần Nó sử dụng số ứng dụng y sinh phẫu thuật, thiết bị đặt thể thiết bị truyền thuốc S o vớ i t hờ i đ i ể m r a đ i c c h đ â y i n ă m , g i n hự a d ẻ o P L A đ ã g i ả m x uố n g n hư n g n ó vẫ n đ ắ t hơ n n h ự a d ẻo s ả n x uấ t t d ầ u h ỏ a H i ệ n t i , đ ộ i nghiên cứu thành công việc đơn giản hóa trình sản xuất PLA, giúp giảm chi phí sản xuất Điều có nghĩa có t h ể n h ì n t hấ y n h ự a d ẻ o P L A đ ợ c s d ụ n g r ộ n g r ã i t r o n g đ i s ố n g Trước đó, PLA sản xuất qua bước: lên men tiến hành phản ứng trùng hợp, phức tạp tốn Nhưng cách sử dụng công nghệ chuyển hóa vi khuẩn E Coli, đội nghiên cứu thuộc Trường ĐH KAIST (Hàn Quốc) công ty hóa chất LG Chem phát triển thành công quy trình sản xuất PLA chất đồng trùng hợp qua giai đoạn trình lên men trực tiếp Điều giúp giảm chi phí sản xuất PLA chất đồng trùng hợp (gồm muối lactat), tăng khả đưa vào sản xuất đại trà loại polymer GS Sang Yup Lee thuộc ĐH KAIST, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Bằng cách phát triển chiến lược kết hợp công nghệ chuyển hóa công nghệ enzym, phát triển thành công quy trình sản xuất giai đoạn, sản xuất PLA chất trùng hợp hiệu quả” ” “Polyester polymer khác mà sử dụng ngày sản xuất từ dầu mỏ trình tinh chế hay quy trình hóa học”.“Ý tưởng sản xuất polymer từ sinh khối tái tạo thu hút quan tâm nhiều người lo ngại ô nhiễm môi trường suy giảm nguồn nguyên liệu ngày tăng” “PLA xem thay tuyệt vời cho nhựa dẻo sản xuất dầu mỏ nhờ khả phân hủy sinh học độc hại sức khỏe người” http://www.tin247.com/nhua_deo_khong_dung_nhien_lieu_hoa_thach-1221516339.html 2.2 Năng lượng chi phí cho sản xuất nhựa phân hủy: Các nhà nghiên cứu khác tiến hành đánh giá chu kì tuần hoàn rộng lớn polyme phân hủy để xác định xem polymer phân hủy có nhiều hiệu lượng polymer nguyên liệu hóa thạch thông thường dựa cách thức phương tiên sản xuất nguyên cứu thực giáo sư Gerngros ước tính lượng hóa thạch cần thiết để t o k g polyhydroxyalkanoate(PHA) 50,4MJ/kg, Akiyama ước tính giá trị khoảng 50-59MJ/kg Polylactide (PLA) có chi phí lượng nhiên liệu hóa t hạ c h t r o n g kh o ả n g - 6, M J N a t u r e wo r ks t h ự c h i ện s ả n x uấ t m ộ t k g P L A vớ i 7, M J n h i ên l i ệ u h ó a t hạ c h d ự đ o n c o n s ố n y có t h ể g iả m x uố n g M J / K g t h ự c vậ t t h ế h ệ k ế t i ế p c ủ a h ọ N g ợ c l i p o l yp r o p y l en e , p o l y e t h y l e n e độ cao đòi hỏi 85,9 73,7MJ/kg tương ứng Ngày nay,công nghệ sản xuát PHA phát triển, mức tiêu thụ lượng giảm cách loại bỏ bước lên men, cách dùng chất thải thực phẩm làm nguyên liệu sản xuất việc sử dụng loại trồng khác ngô, mía đường dự kiến có lượng thấp yêu cầu sản xuất PHA trình lên men, bã mía sử dụng nguồn lượng tái tạo việc sử dụng loại trồng khác ngô, mía đường dự kiến có lượng thấp yêu cầu sản xuất PHA trình lên men, bã mía sử dụng nguồn lượng tái tạo.C ó n h i ề u p o l y m e r p hâ n h ủ y s ả n x uấ t t n gu n n gu y ê n l i ệ u t i t o ( P H A , PLA, 10 tinh bột) cạnh tranh với sản xuất nguyên liệu Ngô.M ứ c đ ộ p hâ n h ủ y n hự a đ ợ c đ o bằ n g n h i ề u cá c h C c ho t đ ộ n g c ủ a v i k h uẩ n a r o b i c có t h ể đ ợ c đ o b ằ n g l ợ n g o x i c h ú n g t i ê u t h ụ ho ặ c l ợ n g cacbon dioxide sản xuất hoạt động vi khuẩn kị khí số lượng khí mêtan thoát -PLA, PHA có chi phí sản xuất đắt chưa thay sử dụng rộng rãi đời sống so với nhựa hóa dầu truyền thống sản phẩm nhựa phân hủy hiên thị trường thường đắt từ 2- 10 lần so với nhựa hóa dầu truyền thống với chi phí vậy, nhựa truyền thống không phản ánh đầy đủ tác động đến môi trường tác động đến môi trường chi phí liên quan xem xét đầy đủ chất dẻo truyền thống có chi phí nhiều nhựa phân hủy cạnh tranh với chất dẻo truyền thống thị trường chi phí rào cản lớn đến thu hút nhựa phân hủy đến người tiêu dùng biện pháp giải vấn đề nghiên cứu tìm phương thức sản xuất có chi phí thấp để sản xuất nhựa phân hủy Úc, trung tâm nghiên cứu (CRC) thực phẩm Quốc tế khoa học sản xuất bao bì dựa vào cách sử dụng tinh bột bản,pha trộn với nhiều loại polymer khác đắt tiền để sản xuất chất dẻo en.wikipedia.org/ / Biodegradable _ plastic Compost chìa khóa để tối đa hóa lợi ích môi trường chất dẻo phân hủy trở ngại lớn để phân compost chất thải hữu hỗn hợp phân hủy bao bì nhựa lãi kinh tế toàn hỗn hợp chất thải kết thúc chu kỳ bãi rác Bằng cách đảm bảo chất dẻo phân hủy sử dụng để gói tất sản phẩm hữu cơ, tương lai gần thiết lập đường dây phân compost quy mô lớn bao bì vật liệu trộn lẫn làm kết phân compost đưa vào sản xuất nông nghiệp, chuyển hướng vào phát triển nguyên liệu để sản xuất chất dẻo phân hủy 2.3 Các loại nhựa phân hủy Có hai loại chất dẻo phân hủy thị trường : thủy phân phân hủy chất dẻo(HBP) oxo-nhựa phân hủy (OBP) Cả hai trải qua suy thoái hóa học cách thủy phân oxi hóa tương ứng điều dẫn đến tan rã thể chất nhựa giảm đáng kể trọng lượng phân tử Sau tuân theo phân hủy nhựa OBP thực cách thêm tỷ lệ nhỏ hợp chất kim loại chuyển tiếp cụ thể (sắt, mangan, coban niken) sử dụng phổ biến vào sản xuất bình thường polyolefin(PE PP) polystyrene Các chất xúc tác chất phụ gia sử dụng để đẩy mạnh trình 11 suy thoái nhựa phân hủy chất xúc tác, phụ gia có nhiều loại phổ biến rộng r ã i t r o n g t h i ê n n h i ên , đ ợ c s d ụ n g p hổ b i ến t r o n g n h i ề u n gh n h cô n g nghiệp HBP có xu hướng suy thoái phân hủy nhanh OBP chúng phải thu thập vào đơn vị phân compost công nghiệp kết cuối giống nhau, hai chuyển đổi thành carbondioxide, nước sinh khối OBP tốn hơn, có tính chất vật lý tốt thực với thiết bị chế biến nhựa BHP thải metan điều kiện yếm khí n hư n g O B P t h ì k hô n g H B P c ó t h ể đ ợ c l m t n gu n t i n gu y ê n n ô n g nghiệp ngô, lúa mì, mía hay tài nguyên hóa thạch (dầu mỏ) pha pha trộn từ hai nguồn số polymer thường sử dụng bao gồm: PHA(polyhydroxyalkanoates), PVA( polyvinyl ankyl), PET (polyethylene terephthalate), PCL (polycaprolacton), PLA (acid polylactic), PHBV(polyhydroxybutyrate-valerate) http://en.wikipedia.org/wiki/Biodegradation Nhựa phân hủy chia thành loại sau: • Hydro-biodegradable Đầu tiên nhựa phân hủy theo tương tác với nước (có tham gia trình thủy phân), sau có tham gia vi sinh vật • Photo- biodegradable Đầu tiên nhựa phân hủy theo tương tác với ánh sáng mặt trời (một trình gọi photolysis), sau có tham gia vi sinh vật • Oxo-degradable Một số công ty tuyên bố họ tạo phụ gia mà bổ sung vào sản phẩm nhựa truyền thống giúp phân hủy sản phẩm trở thành oxo-phân hủy phụ gia cho phép vật liệu nhựa dễ phá vỡ tiếp xúc với nước thành thành phần nhỏ đủ để vi khuẩn phân hủy chúng nhiên vi khuẩn thực phá vỡ sản phẩm kết cuối có dư lượng sinh khối polymer nhựa không phân hủy kết tương tác với vi sinh vật 2.4 MỘT SỐ VẬT LIỆU SẢN XUẤT POLYMER PHÂN HUỶ Hiện nay, vật liệu bao bì sinh học chủ yếu từ polymer sinh học chẳng hạn như: tinh bột, cellulose, protein, pullulan, gelatin… monomer từ chất hữu lên men.Vật liệu từ tinh bột: nguồn nguyên liệu phong phú, có sẵn rẻ tiền Tinh bột có thành phần Amilose Amilopectin Trong tự nhiên, tinh bột có nhiều ngũ cốc, số loại rau củ số loại đậu Hạt tinh bột kết hợp với plastic truyền thống, đặc biệt kết hợp với polyolefins Khi plastic phân hủy vi sinh vật, vi sinh vật sử dụng tinh bột, làm tăng độ xốp tạo khoảng trống làm tính nguyên vẹn mạng plastic Có loại polymer phối trộn: polyhydroxylalkanoates(PHA), polylacticacid(PLA), thermoplastic tinh bột(TPS) Ba loại quan tâm năm gần PLA 12 sản xuất từ lên men tinh bột (chủ yếu tinh bột bắp) loại polymer tiêu tốn lượng plastic Mặc dù polymer thân thiện với môi trường chưa sử dụng rộng rãi chi phí sản xuất cao Polymer TPS polymer 100% từ tinh bột có chỗ đứng thị trường có ưu điểm là: chi phí lượng, giá thấp so với plastic truyền thống có nhiều ưu điểm nhiều rào cản khiến chúng chưa sử dụng rộng rãi hoài nghi người tiêu dùng, chi phí nguyên liệu, chi phí kỹ thuật Để vượt qua rào cản phải có sách sau:- đ a r a n hữ n g n gh i ên c ứ u m r ộ n g v i ệ c đ ó n g gó i b a o b ì c ó bổ s un g khí quyển.t i ếp t ụ c n hắ m o c c m ặ t hà n g c ủ a h n g t p h ó a , cá c s ả n p hẩ m t r i cây, rau, sản phẩm snack cho trẻ em thực phẩm cho vật nuôi nhà.T ì m ki ế m s ự đ n g t ì n h, ủn g hộ c cá c t ổ c h ứ c c ó q ua n t â m đ ến vấ n đề môi trường như: trường đại học, cao đẳng, tổ chức khác có quan tâm đến vấn đề N h ấ n m n h o s ự t i ện í c h b i v ì c ó r ấ t n h i ề u n gư i k hô n g q ua n t â m đến môi trường tiện ích nhựa sinh học 2.4.1 Vật liệu PLA Những vật liệu đóng gói plastic vững chắc, sử dụng phải thỏa mãn điều kiện: không đắt tiền, nhẹ, không thấm khí, không thấm nước dầu Người ta sản xuất PLA dựa vào nguồn nguyên liệu từ tinh bột bắp Bắp xay cán sau đường hóa thành dextrin Các dextrin chuyển thành axit lactic qua trình lên men Và cô đặc, lúc phân tử lactic kết hợp lại thành cấu trúc vòng gọi lactid Hợp chất lactid làm qua trình chưng cất sau chúng trùng hợp tạo chuỗi polymer mạch dài Để có nhiều loại ta thay đổi phân tử lượng độ Bằng cách thêm vào nhiều chất bổ sung ta có vật liệu PLA 13 14 Quy trình sản xuất vật liệu PLA sau vật liệu bán cho công ty gia công thêm sản phẩm cuối Sau thời gian sử dụng PLA hủy tái chế lại có nhiều ích lợi môi trường có nhiều khía cạnh kỹ thuật cần giải ví dụ: tinh bột dễ tương tác với nước nên nhiều thuộc tính PLA phụ thuộc nhiều vào độ ẩm điều có nghĩa PLA không sử dụng thị trường chai lọ mặt khác PLA chịu nhiệt độ tối đa khoảng 114 độ F (45.50C) vượt qua nhiệt độ PLA tan chảy 2.4.2 Vật liệu PHA Polyhydroxyl alkanoates PHA vật liệu polymer khác có nhiều hứa hẹn polymer nghiên cứu để thay cho bao bì plastic Các nhà sinh học biết đến tồn PHA từ năm 1925 tế bào vi khuẩn nhiều loại PHA tổng hợp từ nguồn cacbon, vi sinh vật hữu khác qua trình gia công Có phương pháp để tổng hợp nên PHA: - P h n g p há p l ên m en gồ m : t r n g c c c â y t r n g n hư b ắ p r i t h u h o c h, tách chiết glucose từ trồng sau lên men đường tế bào có chứa PHA, rửa xoáy đảo tế bào để giải phóng PHA sau cô đặc phơi khô khuôn -Quá trình tổng hợp dựa vào phát triển PHA tế bào trồng kỹ thuật theo đuổi trình giống với trình mô tả bỏ qua giai đoạn lên men Người ta sử dụng lượng lớn dung môi để trích ly nhựa từ trồng, sau tìm cách loại dung môi tốn lượng Một ưu điểm PHA so với PLA khả tự phân hủy cao 15 dễ tổng hợp đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên tự phân hủy thành CO2 nước điều giúp có nhiều ứng dụng trongcuộc sống 2.4.3 Vật liệu TPS (Thermoplastic starches) vật liệu tinh bột có chứa nhựa nhiệt dẻo.Thermoplastic starches có nhiều bước phát triển ngành công ngiệp polymer sinh học polymer tạo từ tinh bột bắp, lúa mì, khoai tây Thermoplastic starches (TPS) khác PLA PHA chúng không qua giai đoạn lên men Để có thuộc tính giống plastic, TPS trộn với vật liệu tổng hợp khác -Tinh bột liên kết với polymer tổng hợp khác, với hàm lượng tinh bột lớn 50% tạo nên loại plastic mà đáp ứng nhu cầu thị trường -EAA(copolyme ethylen- acrylic acid): nghiên cứu từ năm 1977 nhược điểm loại plastic nhạy cảm với thay đổi môi trường, dễ bị rách trượt không phân hủy hoàn toàn vi sinh vật Starch/ vinyl alcohol copolymers: tùy vào điều kiện gia công, loại tinh bột thành phần copolymes tạo nên nhiều loại plastics với hình dạng hoạt tính khác Plastic chứa tinh bột có tỷ lệ AM/AP lớn 20/80 không hòa tan nước sôi Còn plastic chứa tinh bột có tỷ lệ AM/AP nhỏ 20/80 hòa tan phần tỷ lệ tinh bột phân rã vi sinh vật vật liệu tỷ lệ nghịch với hàm lượng AM/ phức vinyl alcohol Điểm hạn chế vật liệu giòn nhạy cảm với độ ẩm Cơ chế tự hủy: -Thành phần tự nhiên: dù che chắn cấu trúc mạng bị phân hủy enzim ngoại bào vi sinh vật -Thành phần tổng hợp phân hủy hấp thụ bề mặt vi sinh vật, tạo bề mặt trống cho phân hủy thành phần tự nhiên -Aliphatic polyester: tinh bột cấu trúc lại với diện polymer kị nước polyester béo 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 Một số polyester béo thích hợp là: poly- Ɛ -caprolactone copolymer nó, polymer tạo thành từ phản ứng glycol 1,4- butandiol với số acid succinic, adipic, sebacic, azelaic, dicanoic, decanoic, brassillic Sự kết hợp tăng thuộc tính cơ, giảm nhạy cảm với nước tăng khả phân hủy Đã có nghiên cứu thay bao bì plastic từ chế phẩm dầu mỏ sang dạng bao bì plastic từ bắp Nguồn nguyên liệu bắp thỏa mãn nhu cầu lớn bao bì plastic.Vật liệu làm từ nguồn nguyên liệu hạn chế việc ô nhiễm môi trường phân hủy không tạo hợp chất độc Việc thay tiến hành vào ngày 1-11-2005, 114 triệu thùng chứa plastic sử dụng hàng năm cho đại lý bán lẻ rau quả, dâu tây, thảo dược… hiệu kinh tế thể rõ rệt 16 Vật liệu từ cellulose Cellulose nguồn nguyên liệu phong phú, không hòa tan nước hầu hết dung môi hữu Cellophane (giấy bóng kính) dạng phổ biến bao bì từ cellulose, sử dụng cho nhiều loại thực phẩm tính chống thấm dầu, khả ngăn cản công vi khuẩn tính suốt C e l l o p h a n e t h n g đ ợ c p h ủ m ộ t l p n g o i v i n i t r o c e l l u l o s e h a y l acrylate để tăng khả chống thấm lớp phủ không phân hủy vi sinh vật Chúng ta bao gói bánh mỳ celophane- loại vật liệu phân hủy sinh học dùng bao gói thực phẩm, loại vật liệu có giá cạnh tranh với plastic thông thường, ưu điểm khác phân hủy nhanh sau sử dụng, chí ăn Ngoài cellulose acetate kết hợp với tinh bột để tạo nên plastic dễ phân hủy vi sinh vật cellulose kết hợp với chitosan tạo màng có khả thấm khí thấm nước cao 2.4.4 17 Đường cong phân hủy plastic sinh họcVật liệu bao bì từ cellulose sử dụng để bảo quản số loại rau dễ bị hư hỏng dâu tây, đào, chuối, nấm… Vật liệu từ Chitin Chitosan: Chitin tổng hợp chủ yếu từ côn trùng, tôm cua, nấm sợi, loại composit bền vững tạo khung bảo vệ cho chúng Chitin khử nhóm acetyl tạo thành Chitosan Chitin Chitosan loại polymer có đặc tính học phù hợp để tạo dạng màng dạng sợi -Chitin: Tên hóa học: Poly-N-Acetyl-D-Glucosamine (1,4)-2-Acetamido-2-deoxy-β—D-glucanCT phân tử: ( C8H13NO5)n 2.4.5 18 -Chitosan: Tên hóa học: poly-(1-4)-2-Amino-2-Deoxy-β – D-GlucanCT phân tử: ( C6H11O4N)n 19 [...]... trộn lẫn làm một kết quả là phân compost được đưa vào sản xuất nông nghiệp, do đó có thể chuyển hướng vào phát triển những nguyên liệu để sản xuất chất dẻo phân hủy 2.3 Các loại nhựa phân hủy Có hai loại chính của chất dẻo phân hủy trên thị trường : thủy phân phân hủy chất dẻo(HBP) và oxo-nhựa phân hủy (OBP) Cả hai đầu tiên sẽ trải qua sự suy thoái hóa học bằng cách thủy phân và oxi hóa tương ứng điều... và nhạy 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... này trở thành oxo -phân hủy phụ gia cho phép các vật liệu nhựa dễ phá vỡ khi tiếp xúc với nước thành các thành phần nhỏ hơn đủ để vi khuẩn phân hủy chúng tuy nhiên vi khuẩn không thể thực sự phá vỡ các sản phẩm này kết quả cuối cùng là có dư lượng sinh khối polymer và nhựa không bao giờ được phân hủy như kết quả của sự tương tác với vi sinh vật 2.4 MỘT SỐ VẬT LIỆU SẢN XUẤT POLYMER PHÂN HUỶ Hiện nay, vật... hóa lợi ích về môi trường của chất dẻo phân hủy một trong những trở ngại lớn để phân compost chất thải hữu cơ là hỗn hợp phân hủy bao bì nhựa không có lãi về kinh tế do đó toàn bộ hỗn hợp chất thải kết thúc chu kỳ trong bãi rác Bằng cách đảm bảo chất dẻo phân hủy được sử dụng để gói tất cả các sản phẩm hữu cơ, trong tương lai gần có thể thiết lập một đường dây phân compost quy mô lớn trong đó bao bì... 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 dễ phân hủy bởi vi sinh vật... thủy phân) , sau đó có sự tham gia của vi sinh vật • Photo- biodegradable Đầu tiên nhựa sẽ được 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 • Oxo-degradable Một số công ty đã tuyên bố họ có thể tạo ra một phụ gia mà có thể được bổ sung vào các sản phẩm nhựa truyền thống giúp nó phân hủy được các sản phẩm này trở thành oxo -phân. .. hóa dầu truyền thống sản phẩm nhựa phân hủy hiên nay trên thị trường thường đắt hơn từ 2- 10 lần so với nhựa hóa dầu 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 chất dẻo truyền thống sẽ có chi phí nhiều hơn và nhựa phân hủy sẽ có thể cạnh tranh hơn với chất... chi phí là một rào cản lớn đến sự thu hút của nhựa phân 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 nhựa phân hủy tại Úc, các trung tâm nghiên cứu (CRC) thực phẩm Quốc tế và khoa học sản xuất bao bì là dựa vào cách sử dụng tinh bột cơ bản,pha trộn với nhiều loại polymer khác đắt tiền để sản xuất chất dẻo en.wikipedia.org/... plastic 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 plastic 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 12 sản xuất từ sự lên men tinh bột (chủ yếu là tinh bột bắp) loại polymer này tiêu... 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 -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 ...PHẦN 1: TỔNG QUAN POLYMER PHÂN HỦY Giới thiệu chung biodegradation plastic - Nhựa phân hủy nhựa mà phân hủy hiếu khí hay kị khí môi trường tự nhiên thời gian định (do vùng quy định ) Sự phân hủy. .. khác nhựa phân hủy có thành phần polymer tự nhiên nên dễ để vi sinh vật phân hủy 1.4 Lợi ích nhựa phân hủy Lợi ích môi trường chất dẻo phân hủy phụ thuộc vào cách sử lý thích hợp nhựa phân hủy liều... 2.3 Các loại nhựa phân hủy Có hai loại chất dẻo phân hủy thị trường : thủy phân phân hủy chất dẻo(HBP) oxo-nhựa phân hủy (OBP) Cả hai trải qua suy thoái hóa học cách thủy phân oxi hóa tương ứng