nghiên cứu sự phân hủy của polyme blend trên cơ sở PLA tinh bột trong các môi trường khác nhau

MỤC LỤC MỤC LỤC I Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam II Viện Kỹ thuật nhiệt đới II.1 Giới thiệu Viện Kỹ thuật nhiệt đới II.2 Tổ chức viện II.2.3 Các trạm thử nghiệm tự nhiên .4 PHẦN B NỘI DUNG BÁO CÁO MỞ ĐẦU 1.1.2.1 Tổng hợp Axit lactic (AL) Hình 1.4 Sơ đồ sản xuất axit lactic đường hóa học (a) đường lên men vi sinh vật (b) 1.1.4.3 Tính chất hóa học PLA 11 1.1.5 Khả phân huỷ PLA 12 1.1.7.2.Tình hình sản xuất nghiên cứu PLA Việt Nam 16 1.2 Tinh bột (TB) 17 1.2.1.2 Cấu trúc tinh bột 18 2.2.1 Tính chất hóa học tinh bột [27] 21 2.4.1 Phương pháp vật lý 23 1.2.4.2 Phương pháp hóa học 23 1.2.4.3 Sự hồ hoá tinh bột .24 1.2.6.2 Tình hình sản xuất sử dụng tinh bột giới 27 1.2.6.3 Tình hình sản xuất sử dụng tinh bột Việt Nam 28 1.3.Tổng quan vật liệu tổ hợp PLA/tinh bột .28 Hình.1.16 Các tương tác PLA, RS ENR 32 Hình.1.17 Phản ứng glyxerol photphorơ pentoxit phản ứng tổng hợp chất biến tính bề mặt photphorơ hoạt tính (PSil) 33 Bảng.1.5 Tính chất học PLA polyme blend PLA/tinh bột (90/10) 35 Hình.1.20 Ảnh SEM bề mặt (a) blend PLA/RS20 (b) compozit PLA/RS20/E5 sau phân hủy enzym 35 1.3.4 Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp BLEND nước giới .36 1.3.5 Tình hình nghiên cứu tổ hợp vật liệu polymer blend nước ta 37 Bảng 3.1 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS theo tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác 42 đứt, độ dãn dài đứt mô đun Young vật liệu PLA/TPS vào tỷ lệ thành phần PLA/TPS Có thể nhận thấy độ bền kéo đứt mô đun Young vật liệu giảm dần tăng hàm lượng TPS Độ dãn dài đứt polyme blend PLA/TPS không thay đổi đáng kể hàm lượng TPS không 30% Ở hàm lượng TPS cao hơn, độ dãn dài đứt vật liệu tăng nhẹ.Điều cho thấy TPS thể chất “hóa dẻo” cho PLA, khiến cho mạch PLA trở nên linh động hơn.Ở hàm lượng TPS lên đến 90%, mẫu xác định tính chất học (độ bền kéo đứt thấp ngưỡng xác định thiết bị đo lý đa Zwick) .43 Bảng 3.2 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS (tỷ lệ 70/30) theo thời gian trộn 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN 46 46 36 Devesh Billore, Global Lactic Acid And Poly Lactic Acid (PLA) Market Share Till 2020, May 2014 49 DANH MỤC HÌNH MỤC LỤC I Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam II Viện Kỹ thuật nhiệt đới II.1 Giới thiệu Viện Kỹ thuật nhiệt đới II.2 Tổ chức viện II.2.3 Các trạm thử nghiệm tự nhiên .4 PHẦN B NỘI DUNG BÁO CÁO MỞ ĐẦU 1.1.2.1 Tổng hợp Axit lactic (AL) Hình 1.4 Sơ đồ sản xuất axit lactic đường hóa học (a) đường lên men vi sinh vật (b) 1.1.4.3 Tính chất hóa học PLA 11 1.1.5 Khả phân huỷ PLA 12 1.1.7.2.Tình hình sản xuất nghiên cứu PLA Việt Nam 16 1.2 Tinh bột (TB) 17 1.2.1.2 Cấu trúc tinh bột 18 2.2.1 Tính chất hóa học tinh bột [27] 21 2.4.1 Phương pháp vật lý 23 1.2.4.2 Phương pháp hóa học 23 1.2.4.3 Sự hồ hoá tinh bột .24 1.2.6.2 Tình hình sản xuất sử dụng tinh bột giới 27 1.2.6.3 Tình hình sản xuất sử dụng tinh bột Việt Nam 28 1.3.Tổng quan vật liệu tổ hợp PLA/tinh bột .28 Hình.1.16 Các tương tác PLA, RS ENR 32 Hình.1.17 Phản ứng glyxerol photphorơ pentoxit phản ứng tổng hợp chất biến tính bề mặt photphorơ hoạt tính (PSil) 33 Bảng.1.5 Tính chất học PLA polyme blend PLA/tinh bột (90/10) 35 Hình.1.20 Ảnh SEM bề mặt (a) blend PLA/RS20 (b) compozit PLA/RS20/E5 sau phân hủy enzym 35 1.3.4 Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp BLEND nước giới .36 1.3.5 Tình hình nghiên cứu tổ hợp vật liệu polymer blend nước ta 37 Bảng 3.1 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS theo tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác 42 đứt, độ dãn dài đứt mô đun Young vật liệu PLA/TPS vào tỷ lệ thành phần PLA/TPS Có thể nhận thấy độ bền kéo đứt mô đun Young vật liệu giảm dần tăng hàm lượng TPS Độ dãn dài đứt polyme blend PLA/TPS không thay đổi đáng kể hàm lượng TPS không 30% Ở hàm lượng TPS cao hơn, độ dãn dài đứt vật liệu tăng nhẹ.Điều cho thấy TPS thể chất “hóa dẻo” cho PLA, khiến cho mạch PLA trở nên linh động hơn.Ở hàm lượng TPS lên đến 90%, mẫu xác định tính chất học (độ bền kéo đứt thấp ngưỡng xác định thiết bị đo lý đa Zwick) .43 Bảng 3.2 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS (tỷ lệ 70/30) theo thời gian trộn 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN 46 46 36 Devesh Billore, Global Lactic Acid And Poly Lactic Acid (PLA) Market Share Till 2020, May 2014 49 DANH MỤC BẢNG MỤC LỤC I Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam II Viện Kỹ thuật nhiệt đới II.1 Giới thiệu Viện Kỹ thuật nhiệt đới II.2 Tổ chức viện II.2.3 Các trạm thử nghiệm tự nhiên .4 PHẦN B NỘI DUNG BÁO CÁO MỞ ĐẦU 1.1.2.1 Tổng hợp Axit lactic (AL) Hình 1.4 Sơ đồ sản xuất axit lactic đường hóa học (a) đường lên men vi sinh vật (b) 1.1.4.3 Tính chất hóa học PLA 11 1.1.5 Khả phân huỷ PLA 12 1.1.7.2.Tình hình sản xuất nghiên cứu PLA Việt Nam 16 1.2 Tinh bột (TB) 17 1.2.1.2 Cấu trúc tinh bột 18 2.2.1 Tính chất hóa học tinh bột [27] 21 2.4.1 Phương pháp vật lý 23 1.2.4.2 Phương pháp hóa học 23 1.2.4.3 Sự hồ hoá tinh bột .24 1.2.6.2 Tình hình sản xuất sử dụng tinh bột giới 27 1.2.6.3 Tình hình sản xuất sử dụng tinh bột Việt Nam 28 1.3.Tổng quan vật liệu tổ hợp PLA/tinh bột .28 Hình.1.16 Các tương tác PLA, RS ENR 32 Hình.1.17 Phản ứng glyxerol photphorơ pentoxit phản ứng tổng hợp chất biến tính bề mặt photphorơ hoạt tính (PSil) 33 Bảng.1.5 Tính chất học PLA polyme blend PLA/tinh bột (90/10) 35 Hình.1.20 Ảnh SEM bề mặt (a) blend PLA/RS20 (b) compozit PLA/RS20/E5 sau phân hủy enzym 35 1.3.4 Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp BLEND nước giới .36 1.3.5 Tình hình nghiên cứu tổ hợp vật liệu polymer blend nước ta 37 Bảng 3.1 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS theo tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác 42 đứt, độ dãn dài đứt mô đun Young vật liệu PLA/TPS vào tỷ lệ thành phần PLA/TPS Có thể nhận thấy độ bền kéo đứt mô đun Young vật liệu giảm dần tăng hàm lượng TPS Độ dãn dài đứt polyme blend PLA/TPS không thay đổi đáng kể hàm lượng TPS không 30% Ở hàm lượng TPS cao hơn, độ dãn dài đứt vật liệu tăng nhẹ.Điều cho thấy TPS thể chất “hóa dẻo” cho PLA, khiến cho mạch PLA trở nên linh động hơn.Ở hàm lượng TPS lên đến 90%, mẫu xác định tính chất học (độ bền kéo đứt thấp ngưỡng xác định thiết bị đo lý đa Zwick) .43 Bảng 3.2 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS (tỷ lệ 70/30) theo thời gian trộn 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN 46 46 36 Devesh Billore, Global Lactic Acid And Poly Lactic Acid (PLA) Market Share Till 2020, May 2014 49 PHẦN A THÔNG TIN VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP I Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam quan phủ thực chức nghiên cứu Khoa học tự nhiên phát triển công nghệ theo hướng trọng điểm nhà nước nhằm cung cấp luận khoa học cho công tác quản lý khoa học công nghệ trình độ cao Viện thực hoạt động nghiên cứu khoa học tự nhiên phát triển công nghệ cách toàn diện đáp ứng đòi hỏi xử lý vấn đề phát sinh trình thực tiễn II Viện Kỹ thuật nhiệt đới II.1 Giới thiệu Viện Kỹ thuật nhiệt đới • Sơ lược lịch sử Viện Kỹ thuật nhiệt đới (KTNĐ) thành lập theo định số 248/CP ngày 08/08/1980 thủ tướng phủ, trực thuộc Viện Khoa học Việt Nam đổi tên thành Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện trưởng GS.TS Vũ Đình Cự Trụ sở Viện KTNĐ đóng 18 Hoàng Quốc Việt - Hà Nội • Chức nhiệm vụ: - Nghiên cứu điều tra yếu tố điều kiện môi trường nhiệt Việt Nam (nhiệt độ, độ ẩm, xạ…) - Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu mới, linh kiện thiết bị thích hợp với điều kiện nhiệt đới Việt Nam - Nghiên cứu xây dựng công nghệ bảo vệ chống ăn mòn, chống lão hoá vật liệu, thiết bị, công trình làm việc điều kiện khí quyển, nước lòng đất - Giám định chất lượng loại vật liệu, thiết bị kỹ thuật sử dụng môi trường nhiệt đới chống ô nhiễm môi trường - Xây dựng, biên soạn tiêu chuẩn thử nghiệm sử dụng vật liệu, thiết bị - Tư vấn, chuyển giao công nghệ sản xuất thử quy mô nhỏ vật liệu mới, thiết bị khoa học bền với môi trường nhiệt đới - Tổ chức hợp tác quốc tế đạo tạo sau đại học, đào tạo cán kỹ thuật lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới - Tổ chức viện: Viện chia thành phòng thí nghiệm chuyên đề, xưởng sản xuất, trạm thử nghiệm tự nhiên (Quảng Ninh, Quảng Bình, Nha Trang, Tam Đảo) II.2 Tổ chức viện II.2.1 Các phòng chuyên môn Phòng Ăn mòn bảo vệ kim loại: kim loại, hợp kim, vật liệu bảo vệ vô cơ, vật liệu bảo vệ kim loại phương pháp điện hóa Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại: chất dẻo, vật liệu polyme tổng hợp, phân hủy, ổn định chống lão hóa polyme Phòng Vật liệu cao su dầu nhựa thiên nhiên: vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ, hợp chất có nguồn gốc sinh học sử dụng vật liệu bảo vệ, trang trí hữu Phòng Vật liệu gốm kỹ thuật điện cao áp: linh kiện thiết bị điện Phòng Kỹ thuật điện tử: linh kiện thiết bị điện tử Phòng nghiên cứu ứng dụng triển khai công nghệ: thiết bị công nghệ hóa học Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ: sơn bảo vệ, chất ức chế ăn mòn kim loại sử dụng sơn bảo vệ Phòng Dữ liệu, thử nghiệm nhiệt đới môi trường: lớp phủ bảo vệ kim loại phương pháp phun phủ nhiệt Phòng Vi phân tích: cấu trúc vật liệu (nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét nhiễu xạ tia X), vật liệu cao su tổ hợp II.2.2 Các xưởng sản xuất Đang giai đoạn thi công, xây dựng II.2.3 Các trạm thử nghiệm tự nhiên Viện có nhiều trạm thử nghiệm tự nhiên đặt Quảng Ninh, Nha Trang, Quảng Bình, Đà Nẵng, Tam Đảo III Phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại phòng chuyên môn Viện Kỹ thuật nhiệt đới Địa liên hệ: Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại,Viện kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt,Cầu Giấy, Hà Nội, ĐT: (04) 37564265, (04) 37563581, email: phong2@vnd.vast.ac.vn III.3.1 Giới thiệu phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại Phòng có 10 thành viên, có Giáo sư - tiến sỹ, tiến sỹ, thạc sỹ cử nhân Lãnh đạo phòng: - Trưởng phòng: GS.TS NCVCC Thái Hoàng, ĐT: (04) 37564265 - Phó Trưởng phòng: TS Nguyễn Vũ Giang, ĐT: (04) 37563581 Các thành viên: - TS Đỗ Văn Công - TS Đỗ Quang Thẩm - ThS Trần Hữu Trung - ThS Nguyễn Thị Thu Trang - ThS Mai Đức Huynh - ThS Vũ Mạnh Tuấn - ThS Nguyễn Thúy Chinh - CN Trần Thị Mai III.3.2 Lĩnh vực nghiên cứu, hoạt động - Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khí hậu nhiệt đới tới suy giảm tính chất, thay đổi cấu trúc vật liệu polyme, cao su vật liệu phi kim loại khác - Nghiên cứu phân hủy ổn định vật liệu polyme, cao su vật liệu phi kim loại khác môi trường khác nhau, dự báo tuổi thọ làm việc vật liệu nói - Chế tạo polyme blend vật liệu compozit có chất lượng cao bền với điều kiện khí hậu nhiệt đới - Nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano, nanocompozit, polyme phân hủy sinh học, thân thiện môi trường “vật liệu compozit xanh” - Thử nghiệm oxy hóa nhiệt, oxy hóa quang thử nghiệm thời tiết vật liệu polyme, cao su vật liệu phi kim loại khác tủ thử nghiệm oxy hóa nhiệt, tủ thử nghiệm thời tiết (có tác động tia UV, nhiệt ẩm, ozon) trạm thử nghiệm khí hậu nhiệt đới Việt Nam - Chế tạo vật liệu quy mô vừa nhỏ, ứng dụng chúng vào lĩnh vực công nghiệp đời sống - Đào tạo sau đại học khoa học công nghệ polyme - Hợp tác quốc tế lĩnh vực khoa học vật liệu polyme, cao su vật liệu phi kim loại III.3.3 Khen thưởng giải thưởng khoa học - công nghệ - Giải thưởng khoa học công nghệ: giải ba giải thưởng sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam (VIFOTEC) Chủ tịch Liên hiệp Hội khoa học kỹ thuật Việt Nam Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ trao tặng năm 2005 cho công trình “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend, triển khai công nghệ sản xuất ứng dụng phục vụ ngành giao thông vân tải đường sắt Việt Nam” - Bằng khen Ủy ban Khoa học Kỹ thuật Nhà nước trao tặng năm 1986 cho đề tài 48.08.02.01 “Nghiên cứu quy luật chế suy giảm ổn định PVC điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam” PE nhằm tạo vật liệu bao gói thực phẩm [44].Tuy nhiên, Việt Nam chưa có nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ PLA tinh bột Do đề tài tập trung chế tạo nghiên cứu tính chất đặc trưng vật liệu tổ hợp PLA/tinh bột nhiệt dẻo 1.3.4 Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp BLEND nước giới Trên giới nghiên cứu đem ứn dụng nhiều thực tế Xu tổng hợp polyme dạng màng mỏng sử dụng y học PLA cộng sự, nhóm tác giả Young.CD, Wu.J.R đặc biệt tập trung nghiên cứu sâu có nhiều ứng dụng thực tiễn Việc nghiên cứu tổ hợp vật liệu polymer hình thành cao su chất dẻo vấn đề thực nhiều nước Chúng trích dẫn số tài liệu có liên quan trực tiếp đến tổ hợp cao su polyolefine: • WO 8705308: Method of manufacture of thermoplastic elastomer compositions: Ðề cập đến thành phần sản xuất cao su nhiệt dẻo có thành phần polypropylene cao su • EP 0119150: High performance rubber - polyester blends: Ðề cập đến đặc tính tương hợp polymer, cao su chất ổn định phân tán • EP 0596972: Non - bituminous sound deadening material: Ðề cập đến thành phần, tương hợp cao su thiên nhiên, PVC, PE hợp chất vô khác • US 4992512: Polymer alloys: Ðề cập đến thành phần tương hợp hỗn hợp polymer hữu gồm: cao su thiên nhiên, polyethylene,… • US 5304593: Blends of dispersing phase of polyethylene ether, a crystalline thermoplastic matrix resin and mutual compatiblizer: Ðề cập đến thành phần tương hợp hỗn hợp polymer, nhựa nhiệt dẻo chất tương hợp (trong thành phần có cao su thiên nhiên) • US 5405902: Thermoplastic resin composition of polyethylene ether, crystalline thermoplastic resins and mutual compatiblizers having a defined 36 morphology: Ðề cập đến thành phần cần thiết hỗn hợp nhựa nhiệt dẻo gồm: polyethylene, nhựa nhiệt dẻo chất tương hợp (trong thành phần có cao su thiên nhiên) • US 5639545: Non - bituminous sound deadening material: Ðề cập đến thành phần, tương hợp cao su thiên nhiên, PVC, PE hợp chất vô khác • US 4247652: Thermoplastic elastomer blends with olefin plastic, and foamed products of the blends: nội dung đề cập đến hỗn hợp cao su nhiệt dẻo với nhựa olefin sản phẩm sản xuất từ chúng • US 5728744: Olefin thermoplastic elastomer foamed products and process for preparing the same: nội dung đề cập đến sản phẩm nhựa nhiệt dẻo olefin xốp phương pháp chế tạo • US 5750600: Non flammable olefin thermoplastic elastomer composition for use in skins of interior automotive trim and laminate sheet made therefrom: nội dung đề cập đến thành phần hỗn hợp cao su nhiệt dẻo không cháy dùng cho nội thất xe sản xuất màng • US 5567370: Process for the production of TPE foam profiles for the building and automotive industries: nội dung đề cập đến phương pháp sản xuất cao su nhiệt dẻo dạng xốp sử dụng lĩnh vực công nghiệp chế tạo xe dùng xây dựng • US 5594080: Thermoplastic elastomer olefin polymers, method of production and catalysts thereof: nội dung đề cập đến phương pháp sản xuất polyolefine - cao su nhiệt dẻo 1.3.5 Tình hình nghiên cứu tổ hợp vật liệu polymer blend nước ta Ở nước ta từ trước tới nay, phần lớn sản phẩm loại nhập từ nước nhiều từ Trung Quốc Hơn 20 năm qua sở nghiên cứu polymer cao su nước ta có Viện Kỹ thuật nhiệt đới (KTNĐ) thuộc Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam đơn vị đầu ngành tiến hành nhiều loại hình nghiên cứu nói như: nghiên cứu chế tạo, 37 nghiên cứu thử nghiệm,nghiên cứu xác định quy luật biến đổi tính chất đánh giá xác định ứng dụng loại sản phẩm,….Và Viện công bố 100 công trình nghiên cứu liên quan đến vấn đề Các kết thu nói hoàn toàn áp dụng vào thực tế giao thông vận tải, cụ thể ngành đường sắt Nghiên cứu gần tổ hợp vật liệu polymer blend hai tác giả GS.TS Nguyễn Thái Hoàng TS Đỗ Văn Công cách trộn hợp hai vật liệu PLAvới EVA hai tác giả tạo tổ hợp vật liệu polymer blend phân huỷ sinh học nhanh than thiện với môi trường Ở Việt Nam, vật liệu tổ hợp từ tinh bột với polyme khác nghiên cứu rộng rãi [35E-40E].Phổ biến thu hút nhiều nghiên cứu polyvinyl ancol (PVA) [35E-39E) Trong đó, tác giả tập trung vào nghiên cứu khâu mạch tinh bột PVA hợp chất khác glutarandehit [43], axit citric nhằm cải thiện khả tương hợp hai thành phần giảm khả tan nước vật liệu TS Đào Thế Minh cộng tập trung nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ tinh bột nhiệt dẻo với PE nhằm tạo vật liệu bao gói thực phẩm [44].Tuy nhiên, Việt Nam chưa có nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ PLA tinh bột Do đề tài tập trung chế tạo nghiên cứu tính chất đặc trưng vật liệu tổ hợp PLA/tinh bột nhiệt dẻo 38 CHƯƠNG II : THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu hóa chất Nhựa poly axit lactic (PLA) dạng hạt, tên thương mại Nature Works@PLA polyme 2002D, khối lượng riêng 1,24g/cm 3, nhiệt độ nóng chảy 165-176 oC hãng Nature Works LLC sản xuất Tinh bột sắn dây sản phẩm thương mại công ty Việt Tuấn (Lào Cai, Việt Nam), có kích thước hạt trung bình 18 µm, hàm lượng nước 5%, hàm lượng amylozơ khoảng 15% Glyxerin (C3H8O3), sản phẩm thương mại Trung Quốc, có độ tinh khiết 1,26g/cm3 độ tinh khiết 99% Vinyltrimetoxysilan (VTMS) hãng Sigma Aldrich 2.2.Phương pháp chế tạo 2.2.1 Chế tạo tinh bột nhiệt dẻo (TPS) Cân 100g hỗn hợp tinh bột, glyxerin nước cất theo tỷ lệ 55g, 30g 15g trộn chúng với Hỗn hợp đưa vào thiết bị trộn kín Haake (CHLB Đức) trộn 110oC, tốc độ 60 vòng/phút thời gian 20 phút thu tinh bột nhiệt dẻo (TPS) 2.2.2 Chế tạo vật liệu tổ hợp PLA/TPS Cân 45g hỗn hợp PLA TPS theo tỷ lệ 100/0, 90/10, 70/30, 50/50, 30/70, 90/10 0/100 Hỗn hợp trộn với trạng thái nóng chảy máy trộn kín Haake nhiệt độ 1700C, tốc độ trộn 60 vòng/phút phút.Sau trộn, hỗn hợp chảy mềm lấy ép thành phẳng có chiều dày khoảng 0,6mm thiết bị ép thủy lực Toyoseiki gia nhiệt trước 170 oC Mẫu để nguội bảo quản điều kiện chuẩn 24 trước tiến hành thí nghiệm khảo sát, đánh giá Quá trìnhchế tạo mẫu thực Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam (VAST) 39 2.3 Phân hủy vật liệu tổ hợp môi trường dung dịch NaOH, HCl dung dịch đệm photphat Vật liệu polyme blend PLA/TPS tiến hành nghiên cứu phân hủy cách ngâm dung dịch NaOH 0,1M , dung dịch HCl 1,0M dung dịch đệm photphat KH2PO4 + NaOH (pH=7,4) Quá trình thủy phân mẫu tiến hành nhiệt độ phòng Tất thí nghiệm đặt trạng thái tĩnh Mỗi mẫu (kích thước x cm2) đặt ống nghiệm riêng biệt để tiến hành thủy phân Thể tích dung dung dịch thủy phân đưa vào ống 15ml 2.4 Các phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Xác định khả chảy nhớt củananocompozit PLA/EVA/TiO2 Momen xoắn polyme polyme tổ hợp đại lượng tỉ lệ thuận với độ nhớt polyme polyme tổ hợp trạng thái nóng chảy Khả chảy nhớt polyme polyme tổ hợp phản ánh qua giảm đồ momen xoắn – thời gian trộn ghi phần mềm Polylab kết nối với thiết bị trộn nội Haake Độ chảy nhớt polyme blend PLA/TPS thể thông qua giản đồ momen xoắn – thời gian trộn thực Viện Kỹ thuật nhiệt đới, VAST 2.4.2 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): dùng nghiên cứu tương tác PLA TPS thông qua quan sát thay đổi vị trí hấp thụ đặc trưng nhóm chức - Thiết bị chế độ đo: Phép đo tiến hành thiết bị hồng ngoại biến đổi Fourier NEXUS 670 (Mỹ) Viện Kỹ thuật nhiệt đới (VAST) dải bước sóng từ 4000 – 400 cm-1, độ phân giải 4cm-1 số lần quét 16 lần Phổ hồng ngoại thường ghi dạng đường cong phụ thuộc phần trăm độ truyền qua (T%) vào số sóng hay tần số xạ 40 2.4.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) phương pháp chụp ảnh mẫu khuếch đại lên nhiều lần hệ thống kính hiển vi điện tử Do quan sát ảnh hình cấu trúc vật liệu PLA/TPS Đo FESEM thực thiết bị S-4800 (Hitachi, Nhật Bản) Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương 2.4.4 Phương pháp xác định độ bền học Các tính chất học độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt mô đun Young (mô đun đàn hồi) vật liệu polyme blend PLA/TPS xác định theo tiêu chuẩn ASTM D638 đo thiết bị đo lý đa Zwick (CHLB Đức) Viện Kỹ thuật nhiệt đới,VAST Vật liệu PLA/TPS cắt thành hình tạ đôi.Tốc độ kéo mẫu đặt 10 mm/phút Độ bền kéo đứt : xác định theo công thức : σb = F/S +) Trong : σb ứng suất kéo (MPa), F tải trọng tác dụng lên mẫu đứt (kg), S tiết diện ngang mẫu (cm2) (1 MPa = 10 kg/cm2) Độ dãn dài đứt: xác định theo công thức: ε = [(l – lo) /lo] x 100 +) Trong : ε độ dãn dài mẫu đứt (%), l o chiều dài mẫu trước kéo (cm) ( lo = cm ), l chiều dài mẫu thời điểm mẫu đứt (cm) Mô đun Young: xác định theo công thức : σ= E x ε Mô đun Young biểu thị tính cứng vật liệu thời điểm phép đo kéo đứt (vùng giới hạn đàn hồi vật liệu) Theo định luật Hook, độ biến dạng (ε) tỷ lệ với ứng suất tác động (σ)vào mẫu theo phương kéo dãn Hệ số gọi mô đun Young (mô đun đàn hổi) 41 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ thành phần PLA/TPS đến tính chất học polyme blend PLA/TPS Bảng 3.1 thể thông số tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS theo tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác điều kiện chế tạo mẫu (nhiệt độ trộn 170 oC, tốc độ trộn 60 vòng/phút, thời gian trộn phút) Bảng 3.1 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS theo tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác Tỷ lệ PLA/TPS Độ bền kéo đứt, MPa Độ dãn dài đứt, % Mô đun Young, MPa 100/0 38,25 3,64 1518,40 90/10 34,11 3,70 945,13 70/30 21,75 3,64 879,31 50/50 7,83 4,65 283,79 30/70 6,23 8,88 156,13 Hình 3.1, 3.2 3.3 biểu diễn phụ thuộc độ bền kéo 42 đứt, độ dãn dài đứt mô đun Young vật liệu PLA/TPS vào tỷ lệ thành phần PLA/TPS Có thể nhận thấy độ bền kéo đứt mô đun Young vật liệu giảm dần tăng hàm lượng TPS Độ dãn dài đứt polyme blend PLA/TPS không thay đổi đáng kể hàm lượng TPS không 30% Ở hàm lượng TPS cao hơn, độ dãn dài đứt vật liệu tăng nhẹ.Điều cho thấy TPS thể chất “hóa dẻo” cho PLA, khiến cho mạch PLA trở nên linh động hơn.Ở hàm lượng TPS lên đến 90%, mẫu xác định tính chất học (độ bền kéo đứt thấp Độ bền kéo đứt, MPa ngưỡng xác định thiết bị đo lý đa Zwick) Tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS Hình 3.1 Độ bền kéo đứt PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS theo tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác 43 Mô đun Young, MPa Tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS Hình 1.12 Mô đun Young PLA vật liệu poly Mô đun Young, MPa me blend PLA/TPS tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác Tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS Tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS Hình 3.2 Độ dãn dài đứt PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS tỷ lệ hàm lượng PLA/TPS khác 3.2 Ảnh hưởng điều kiện chế tạo đến tính chất học vật liệu PLA/TPS 44 Điều kiện chế tạo ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu thu Đặc biệt nhiệt độ trộn thời gian trộn Đối với polyme nhạy cảm với phân hủy có mặt nước PLA nhiệt độ cao khiến PLA bị thủy phân mạnh, ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu thu Do vậy, thời gian trộn hợp thông số lựa chọn để đánh giá ảnh hưởng điều kiện chế tạo vật liệu PLA/TPS Ở mục 3.1 cho thấy hàm lượng TPS từ 50% trở lên, độ bền kéo đứt vật liệu giảm xuống < 10 MPa Do vậy, vật liệu bị hạn chế ứng dụng thực tế Vật liệu PLA/TPS có tỷ lệ thành phần 70/30 phù hợp với tiêu chí ứng dụng vật liệu, vừa đảm bảo hàm lượng TPS vừa phải Do vậy, tỷ lệ lựa chọn để khảo sát điều kiện chế tạo vật liệu Polyme blend PLA/TPS (70/30) chế tạo nhiệt độ trộn 170 oC, tốc độ trộn 60 vòng/phút khoảng thời gian khác Bảng 3.2 thể thông số tính chất học vật liệu (độ bền kéo đứt, mô đun Young độ dãn dài đứt) theo thời gian trộn Có thể nhận thấy, thời gian trộn 6-8 phút, độ bền kéo đứt mô đun Young vật liệu polyme blend PLA/TPS không thay đổi nhiều Tuy nhiên, thời gian trộn tăng lên 12 phút, độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt đặc biệt mô đun Young vật liệu giảm sâu Có thể cho rằng, điều kiện nhiệt độ cao, trình trộn xảy phân hủy vật liệu, thời gian trộn lâu, trình phân hủy vật liệu xảy mạnh Do đó, giảm tính chất học vật liệu thu Bảng 3.2 Tính chất học PLA vật liệu polyme blend PLA/TPS (tỷ lệ 70/30) theo thời gian trộn Độ bền kéo đứt, MPa Độ dãn dài đứt, % Mô đun Young, MPa phút 21,25 3,44 873,87 phút 21,75 3,64 879,31 12 phút 18,26 3,33 454,50 Thời gian 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN - Đã tìm hiểu kiến thức chung vật liệu polyme phân hủy sinh học polyme tự nhiên PLA tinh bột Vật liệu tổ hợp từ hai thành phần PLA TPS có khả phân hủy điều kiện tự nhiên - Đã tìm hiểu vật liệu polyme blend nói chung polyme blend PLA/TPS nói riêng chế tạo vật liệu phòng thí nghiệm nhiệt độ trộn 170 oC, tốc độ trộn 60 vòng/phút - Khảo sát tính chất học vật liệu cho thấy độ bền kéo đứt mô đun Young vật liệu giảm tăng hàm lượng TPS Tỷ lệ PLA/TPS = 70/30 lựa chọn để nghiên cứu sâu - Các tính chất đặc trưng khác, cấu trúc hình thái phân hủy vật liệu môi trường khác nghiên cứu tiếp thời gian tới 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1,5 Thống kê lượng rác trung bình cục thống kê Bộ Tài nguyên Môi trường năm 2013 PGS.TS Phạm Ngọc Lân (5/2013) “Polyme phân huỷ sinh học”,Đại học Bách khoa Hà Nội Báo cáo khoa học ‘ Hội thảo chất thải rắn polyme”, Viện khoa học công nghệ môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội, tháng 12,(2001) 3,4 TS Lê Văn Chiều, Chế tạo polyme có khả phân huỷ sinh học sở axit L-lactic, (2007) Cheng Chen, Zhuyi wang, Shengping Ruan, Bo Zou, Meng Zhao, Fengquing Wu (2008), “Photocatalytic degradation of C.I Acid Orange 52 in the presence of Zn-doped TiO2 prepared by a stearic acid gel method” Sciencedirect, Dyes and Pigment, 77, pp.204-209 7,16 Disprension of wood Microfibers in a Matrix of thermoplastic starch and starch polylactic Acid blend (2007-71,77) Bùi Đức Hợi, Kỹ thuật chế biến lương thực, tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật Bộ y tế viện dinh dưỡng, Bảng thành phần dinh dưỡng thực phẩm Việt Nam, NXB y học 10 http://www.elsevier.com/locate/polymer 11 Degradable adhesive film and degradable resin composition (1997) http://www.viscotek.com 12 Synthesis of PLA-b-PEG Multiblock Copolymers for Stealth Drug Carrier Preparation (2005) http://www.mdpi.org 13 Synthesis, Characterization and in Vitro Degradation of Poly(DL-Lactide) / Poly (DL-Lactide-co-Glycolide) Films (1999) Turk J Chem, 153-161 14 Synthesis of PLA-b-PEG Multiblock Copolymers for Stealth Drug Carrier Preparation.(2005), 98-104 http://www.mdpi.org 15 The Use of Difirent Diols in Synthesis of Low-Molecular-Weight LacticAcid-Based Telechelic Prepolymers Journal of Applied Polymer Science, 10171023 (1998) 17 Disprension of Wood Microfibers in a Matrix of Thermoplastic Starch and Starch-Polylactic Acid Blend Journal of Biobased Materials and Bioenergy, (2007), 71-77 18 Effect of Catalyst and Polymerization Conditions on the Preparation of Low Molecular Weight Lactic Acid Polymers Kari Hiltunen.(1996) 47 19.T.V.Diệu, et al, “Study on How to improve Mecchanical Properties of PLA whith Bamboo Fibers”, New trends in Technology towards Sustainable Development, proceedings, RSCE, Novem ber 30 th – December 2nd, 2005 20 Trần Đình Mẫn cộng sự, “Nghiên cứu sản xuất bao bì dễ phân huỷ sinh học từ polylactic sở nguồn axit lactic tạo phương pháp lên men vi sinh vật”, Báo cáo tổng hợp kết nghiên cứu khoa học triển khoa học triển khai công nghệ năm 2008,Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội , 2009 21 Phạm Thế Trinh, “Nghiên cứu chế tạo polymer phân huỷ sinh học”, Báo cáo tổng kết, kết thực đề tài chương trình nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ vật liệu mới, giai đoạn 2001 – 2005 (mã số: KC.02.09), Bộ Khoa học Công nghệ, chương trình KC.02, Hà Nội, 6/2006 22 Hồ Sơn Lâm (2002), “Nghiên cứu polymer tự phân huỷ”, Báo cáo tổng hợp kết nghiên cứu khoa học triển khai công nghệ Bộ Khoa học công nghệ năm 2002 23 Trần Vĩnh Diệu, Đoàn Thị Yến Oanh, Nguyễn Phạm Duy Linh, Lê Đức Lượng (2008), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polymer phân huỷ sinh học sở nhựa polylactic axit gia cường sợi nứa (Neohouzeaua dulloa) Phần I Đánh giá ảnh hưởng phương pháp xử lý đến tính chất sợi nứa dùng để chế tạo vật liệu polymer phân huỷ sinh học”, Tạp chí hoá học số 24,31 PGS.TS.Thái Doãn Tĩnh, hoá học hợp chất cao phân tử, (2004) 25,28,29 Nguyễn Thị Thu Thảo “Nghiên cứu phân huỷ sinh học vật liệu blend polyaxitlactic tinh bột sắn 26 Sách giáo khoa lớp 12 ban (khái niệm tinh bột, phản ứng màu iôt) 27,30 Nghiên cứu biến tính tinh bột phương pháp hoá học (chia sẻ bạn đọc mạng) 31,33 Tài liệu hướng dẫn sản xuất ngành tinh bột sắn, tình hình sản xuất sắn giới Việt Nam (nguồn fao 2011) thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Miền Nam 48 32,34 Chất dẻo sinh học tự phân huỷ - Hội Hoá học Việt Nam 35 S.K Patil & Associates, “Global Modified Starch Products & Carbohydrates Functional Foods Derivatives & Markets – A Strategic Review”, August 2010 http://www.skpatilassociates.com/reports/jan11/Report%202%20Abstract%20Table%20of %20Content%20Sample%20pages%20Global%20Mod%20St%20Derivatives%20Strategic %20Rev%20Aug%202010.pdf 36 Devesh Billore, Global Lactic Acid And Poly Lactic Acid (PLA) Market Share Till 2020, May 2014 http://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/lactic-acid-and-poly-lactic-acid-market 37 Compatible blends of thermoplastic starch and hydrolyzed ethylene-vinyl acetate copolymers A.L Da Róza, A.M Ferreiraa, F.M Yamajia, A.J.F CarvalhobCarbohydrate Polymers 90 (2012) 34– 40 38 High performance LDPE/thermoplastic starch blends:a sustainable alternative to purepolyethylene F.J Rodriguez-Gonzalez, B.A Ramsay, B.D Favis Polymer 44 (2003) 1517– 1526 39 Jiang Zhou, Yunhai Ma, Lili Ren, Jin Tong, Ziqin Liu, Liang Xie, Preparation and characterization of surface crosslinked TPS/PVA blend films, Carbohydrate PolymersVolume 76, Issue 4, 16 May 2009, Pages 632–638 40 Wei D, Wang H, Xiao H, Zheng A, Yang Y., Morphology and mechanical properties of poly(butylene adipate-co-terephthalate)/potato starch blends in the presence of synthesized reactive compatibilizer or modified poly(butylene adipate-co-terephthalate), Carbohydrate Polymers 2015 Jun 5;123:275-82 41,43 X Ramis, A Cadenato, J.M Salla, J.M Morancho, A Valle´s,L Contat, A Ribes, Thermal degradation of polypropylene/starch-based materialswith enhanced biodegradability, Polymer Degradation and Stability 86 (2004) 483491 42,44 Thái Hoàng, Vật liệu polyme blend, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội, 2011 49 50 [...]... Nam ) Các kết quả nghiên cứu cho thấy ở các màng polyme compozit nói trên, tinh bột đã bị phân hủy dưới tác động của các tác nhân sinh học Tuy nhiên, việc nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất của PLA và vật liệu polyme compozit của PLA với các polyme khác còn rất mới mẻ Các nghiên cứu điều chế PLA và các sản phẩm của PLA này chỉ mới được bắt đầu Một đề tài nghiên cứu chế tạo polyme tự phân hủy sinh... kết quả nghiên cứu sự phân hủy của polyme blend trên cơ sở PLA/ tinh bột trong các môi trường khác nhau (hóa học, vi sinh vật, vật lý) Sự thay đổi vị trí hấp thụ đặc trưng của các nhóm chức, thay đổi pH, tính chất nhiệt và cấu trúc hình thái của vật liệu trước và sau phân hủy 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Poly axit lactic ( PLA ) 1.1.1 Khái niệm PLA PLA là 1 trong số các polyeste no đang được nghiên cứu và... bị phân huỷ và sự cạn kiệt của dầu mỏ trong tương lai 1.1.7.2.Tình hình sản xuất và nghiên cứu PLA ở Việt Nam Ở Việt Nam, vài năm gần đây các polyme compozit chứa polyme thiên nhiên có khả năng phân hủy sinh học đã được nghiên cứu chế tạo Đó là các vật liệu polyme compozit trên cơ sở tinh bột và tinh bột biến tính với PE và PE ghép anhydrit maleic, tinh bột axetat của Viện Hóa học Công nghiệp, Trường. .. vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả , củ như ngũ cốc Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước Do đó, có thể cần đưa vào polyme blend này các chất phụ gia hoặc làm biến tính tinh bột hay PLA để cải thiện sự liên kết với một số tính chất cơ và nhiệt của polyme blend, trong khi vẫn có thể thúc đẩy sự phân hủy của vật liệu khi chịu các tác động của điều kiện phân hủy tự nhiên... đồng phân không gian khác nhau của PLA - Khi trùng hợp mở vòng, các đồng phân lactit có thể tạo ra 4 dạng polyme được đặc trưng về sự phân bố KLPT ( khối lượng phân tử ) và sự sắp xếp phân bố của L và D-lactit trên trục của polymer.[9] 1.1.4 Tính chất của PLA PLA là một polyeste no có khối lượng phân tử vào khoảng 100000 300000 ĐVC Nó có nhiều tính chất tốt, dễ gia công, khả năng tương hợp và phân hủy. .. trình phân huỷ PLA chính là sự thuỷ phân PLA, do PLA là một polyeste béo Nước bị hấp phụ đã làm đứt các liên kết este dẫn tới sự giảm liên tục khối lượng phân tử PLA Tốc độ phản ứng thuỷ phân phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm và nhiệt độ của môi trường phân huỷ [18] Hình 1.10 cơ chế phân huỷ cua PLA 12 1.1.6 Ứng dụng của PLA PLA đã được khẳng địột trong nhưng polyme có vai trò quan trọng trong những vật... học của PLA PLA có khả năng chống cháy, chống bức xạ tử ngoại ít bị phai màu Nó dễ nhuộm màu với tỷ lệ chất màu rất nhỏ Trong môi trường ẩm đặc biệt có mặt của axit và bazơ nó dễ bị thủy phân PLA cũng dễ bị tác động của vi sinh vật độ bền của PLA phụ thuộc vào khối lượng phân tử và hàm lượng tinh thể PLA có khối lượng phân tử càng thấp càng dễ bị phân hủy Khi tăng hàm lượng tinh thể, độ bền của PLA. .. thấp, dễ bị phân hủy, quy trình điều chế phức tạp và giá thành cao đã hạn chế khẳ năng sử dụng của nó Để khắc phục được các nhược điểm này, PLA đã được trộn hợp với các polyme khác hay với các chất độn bằng nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra các polyme blend có tính chất như mong muốn, đáp ứng các nhu cầu sử dụng 14 1.1.7 Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp chứa PLA ở Việt Nam và các nước trên thế... nghiên cứu PLA và sản xuất PLA trên thế giới Trên thế giới, việc tổng hợp các loại vật liệu polyme compozit và compozit phân hủy sinh học đã được tiến hành từ lâu PLA là một trong những polyme đầu tiên mà con người tổng hợp được Năm 1833, Gay Lussac đã điều chế thành công PLA khi đun nóng LA Nhưng phải đến năm 1932, cơ sở lý luận của việc tổng hợp PLA được phát minh bởi Wallace Carothers – cha đẻ của. .. độ trong cao, làm các loại bao bì cứng trong suốt… Trong công nghệ làm sạch môi trường: các polyme sinh học như PLA khi kết hợp với zeolite có thể dùng trong quá trình làm sạch, xử lý nước thải thay thế cho các hợp chất có chứa photpho Trong nông nghiệp: PLA được sử dụng làm các bầu đựng ươm cây giống hay các màng che phủ, bảo vệ cây trồng do nó có khả năng phân hủy thành các 13 sản phẩm đi vào trong ... thiện tính chất tinh bột cải thiện khả phân hủy polyme khác, tinh bột trộn hợp với polyme khác. Việc phối trộn tinh bột với polyme nghiên cứu rộng rãi giới Nhiều loại polyme khác copolyme etylen-vinyl... trình trộn nóng chảy tinh bột biến tính với PLA 34 Bảng.1.5 Tính chất học PLA polyme blend PLA/ tinh bột (90/10) Mẫu PLA Blend PLA/ tinh bột Blend PLA/ tinh bột biến tính CP Mô đun Young Độ bền kéo... Sau phân hủy vật liệu PLA/ tinh bột nghiên cứu. PLA tinh bột polyme nhạy cảm với có mặt nước Do đó, vật liệu tổ hợp từ chúng dễ bị thủy phân môi trường axit, enzym Hình cho thấy sau thử nghiệm phân