NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYMER TỰ HỦY SINH HỌC TỪ POLYVINYLALCOHOL (PVA) VÀ CHITOSAN.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYMER TỰ HỦY SINH HỌC TỪ POLYVINYLALCOHOL (PVA) VÀ CHITOSAN Họ tên sinh viên: NGUYỄN NGỌC HĨA Ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa: 2004-2008 Tháng 10/2008 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYMER TỰ HỦY SINH HỌC TỪ POLYVINYLALCOHOL (PVA) VÀ CHITOSAN Tác giả NGUYỄN NGỌC HĨA Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp kỹ sư ngành Cơng Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ NGUYỄN THỊ THU THẢO Tháng 10 năm 2008 i LỜI CẢM TẠ Kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến BGĐ Tổng Công Ty Cao Su Việt Nam trao suất học bổng khuyến học giúp đỡ suốt thời gian học tập trường Kính gửi đến thầy Bộ Mơn Cơng Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành tận tình truyền đạt cho tơi kiến thức q giá q trình học tập, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để thực đề tài cách tốt Kính gửi lời cảm ơn đến thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Thảo anh chị viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện, hướng dẫn tận tình giúp đỡ suốt thời gian làm đề tài Viện Kính ghi ơn cha mẹ sinh thành dưỡng dục tơi nên người Con kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ động viên, chăm sóc ủng hộ suốt thời gian học tập trường thời gian làm đề tài Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn lớp DH04HH giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành đề tài thời hạn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10/2008 Sinh viên thực Nguyễn Ngọc Hóa ii TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu tổng hợp polymer tự hủy sinh học sở polyvinylalcohol (PVA) chitosan” tiến hành phòng Vật Liệu Hữu Cơ, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ 20 tháng 03 năm 2008 đến 30 tháng 08 năm 2008 Thí nghiệm bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hòan tồn hai yếu tố Hai yếu tố là: hàm lượng chitosan loại chất phụ gia sử dụng Một số tính chất màng polymer như: tính chất học, khả hấp thụ nước, khối lượng riêng, khả phân hủy sinh học, cấu trúc bề mặt khảo sát Đồng thời khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chitosan chất phụ gia (urea, glycerol) lên tính chất màng Thí nghiệm rằng:  Tất màng polymer sau chôn vào đất sống phân hủy sinh học hồn tồn sau 90 ngày mẫu chứa urea 40 ngày mẫu chứa glycerol Sự diện tinh bột nhân tố thúc đẩy khả phân hủy màng Ngoài ra, tinh bột một thành phần góp phần làm giảm giá thành màng polymer  Khối lượng riêng màng phản ánh lên mức độ liên kết chặt chẽ hay lỏng lẻo thành phần màng  Tính chất học màng polymer phụ thuộc lớn vào hàm lượng chitosan loại chất phụ gia sử dụng  Khả hấp thụ nước tính chất quan trọng màng polymer, khả hấp thụ nước màng polymer tỉ lệ nghịch hàm lượng chitosan  Trong màng polymer urea glycerol đóng vai trò chất hóa dẻo, có tác dụng tăng độ dẻo dai màng  Cấu trúc bề mặt màng polymer nghiên cứu phân tích IR SEM Qua kết phân tích này, cho ta tồn nhóm chức màng mức độ trộn thành phần màng iii MỤC LỤC CẢM TẠ TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xi Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Yêu cầu đề tài Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu polymer tự hủy sinh học 2.1.1 Khái niệm 2 2.1.2 Một số tiêu chuẩn mà nhà khoa học đưa để định nghĩa polymer có khả phân huỷ sinh học 2.1.3 Các loại polymer tự phân hủy sinh học 2.1.3.1 Các polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên 2.1.3.2 Các polyester phân hủy sinh học 2.1.3.3 Các polymer phân hủy sinh học khác 2.1.4 Tình hình nghiên cứu nước giới loại polymer tự hủy sinh học 2.1.4.1 Tình hình giới 2.1.4.2 Tình hình nước 2.1.5 Ứng dụng polymer phân hủy sinh học 2.1.5.1 Trong y học 2.1.5.2 Trong nông nghiệp 2.1.5.3 Kiểm sốt nhả chậm hóa chất cơng nghiệp iv 2.1.5.4 Bầu ươm 2.1.5.5 Bao bì 2.2 Nguồn nguyên liệu dùng để tổng hợp màng polymer tự hủy sinh học 2.2.1 PVA 7 2.2.1.1 Khái niệm 2.2.1.2 Tính chất PVA 2.2.1.3 Ứng dụng PVA 13 2.2.1.4 Sản xuất PVA 15 2.2.2 Chitin chitosan 16 2.2.2.1 Khái niệm 16 2.2.2.2 Tính chất chitin chitosan 17 2.2.2.3 Ứng dụng chitosan 20 2.2.2.4 Sản xuất chitosan 21 2.2.3 Tinh bột sắn 21 2.2.3.1 Giới thiệu chung tinh bột 21 2.2.3.2 Tinh bột sắn 24 2.2.4 2.2.3.2.1.Giới thiệu chung tinh bột sắn tính chất 24 2.2.3.2.2.Ứng dụng tinh bột sắn 25 2.2.3.2.3 Sản xuất tinh bột sắn 25 2.2.3.2.4 Polymer phân hủy sinh học sở tinh bột 27 Glycerol 28 2.2.4.1 Tính chất glycerol 28 2.2.4.2 Lĩnh vực ứng dụng glycerol 29 2.2.5 Urea 29 2.2.5.1 Tính chất urea 29 2.2.5.2 Ứng dụng urea 30 2.2.6 Acid lactic 30 2.2.6.1 Tính chất acid lactic 30 2.2.6.2 Ứng dụng acid lactic 31 v 2.3 Các phương pháp phân tích 31 2.3.1 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại 31 2.3.2 Xác định tính chất học màng polymer 33 2.3.3 Phân tích cấu trúc bề mặt kính hiển vi điện tử quét (SEM) 34 2.3.4 Xác định khả hấp thụ nước màng polymer 36 2.3.5 Xác định khả tự phân hủy màng polymer 36 Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 3.1 Thời gian địa điểm thực đề tài 38 3.2 Nguyên vật liệu thiết bị thí nghiệm 38 3.2.1 Nguyên vật liệu thí nghiệm 38 3.2.2 Thiết bị thí nghiệm 38 3.3 Phương pháp thí nghiệm xác định tiêu 39 3.3.1 Phương pháp thí nghiệm 39 3.3.2 Bố trí thí nghiệm 39 3.3.2.1 Thí nghiệm 1: Phối trộn thành phần nguyên liệu để tạo màng polymer tự hủy sinh học 39 3.3.2.2 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm xác định khối lượng riêng màng polymer 41 3.3.2.3 Thí nghiệm 3: Thí nghiệm xác định khả hấp thụ nước màng polymer 42 3.3.2.4 Thí nghiệm 4: Thí nghiệm khảo sát tính chất học màng polymer 43 3.3.2.5 Thí nghiệm 5: Thí nghiệm phân tích cấu trúc màng polymer IR SEM 44 3.3.2.6 Thí nghiệm 6: Thí nghiệm khảo sát mức độ phân hủy màng polymer đất 44 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 4.1 Tính cảm quan màng polymer 46 4.2 Xác định khối lượng riêng màng polymer 47 vi 4.3 Khảo sát tính chất học màng polymer 48 4.3.1 Độ bền kéo đứt màng polymer (TS, MPa) 49 4.3.2 Xác định độ dãn dài màng polymer (E, %) 51 4.4 Khảo sát khả hấp thụ nước màng polymer 53 4.5 Khảo sát khả tự phân hủy sinh học màng polymer đất 55 4.6 Xác định cấu trúc bề mặt màng polymer 57 4.6.1 Phân tích SEM 57 4.6.2 Phân tích IR 59 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61 5.1 Kết luận 61 5.2 Đề nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 67 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ASTM: American Standard Testing PTMA: Method ISO: Polytetramethylene adipate – terephtalate International Standard PS: Polystyrene TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam PE: Polyethylene TS: Độ bền kéo đứt PVC: Polyvinyl chloride E: Độ kéo dãn EVOH: Ethylene vinyl alcohol PLA: Polylactic acid PMMA: Polymethylmehalacrylate PBS: Polybutylene succinate CA: Cellulose acetate AAC: Polyester mạch thẳng – mạch PA: Polyacethylene PPO: Polypropylene oxide Oganization vòng thơm PBAT: Polybutylene adipate terephtalate PHB: Polyhydroxybutyrate PTFE: Polytetrafluoroethylene PHV: Polyhydroxyvalerate PC: Polycarbonate PCL: Polycaprolactone PPS: Polypropylene sulfide PBSA: Polybutylenesuccinate adipate SAN: Styrene acrylonitrile PET: Polyethylenephtalate ABS Acrylonitrile butadiene styrene PETP: Polyethylene terephtatate Ctv: viii Cộng tác viên DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Cơng thức số polymer phân hủy sinh học Hình 2.2: Vòng đời sản phẩm nơng nghiệp sản phẩm q trình lên men có khả phân hủy sinh học Hình 2.3: Cơng thức cấu tạo PVA Hình 2.4: PVA thủy phân hoàn toàn thủy phân phần Hình 2.5: Qui trình sản xuất PVA từ vinyl acetate 15 Hình 2.6: Cấu trúc chitin 16 Hình 2.7: Cấu trúc chitosan 16 Hình 2.8: Cấu trúc copolymer chitosan chitin 18 Hình 2.9: Các dẫn xuất chitosan 18 Hình 2.10: Qui trình sản xuất chitosan 21 Hình 2.11: Cấu trúc amylose 22 Hình 2.12: Cấu trúc amylopectin 23 Hình 2.13: Cấu trúc tinh thể hạt tinh bột 23 Hình 2.14: Cấu trúc hạt tinh bột sắn quan sát kính hiển vi điện tử quét SEM 24 Hình 2.15: Sơ đồ tổng qt qui trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn 26 Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại chùm tia 33 Hình 2.17: Đường cong kéo dãn - lực tác động 34 Hình 2.18: Mơ hình thiết bị hệ thống kính qt hiển vi điện tử 35 Hình 3.1: Qui trình thí nghiệm chế tạo màng polymer tự hủy sinh học 40 Hình 3.2: Máy đo tính chất học H5KT 43 Hình 3.3: Máy phân tích IR BRUKER – EQUINOX 55 44 Hình 4.1: Hình ảnh màng polymer nhìn mắt thường 46 Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn khối lượng riêng màng polymer 47 Hình 4.3: So sánh ảnh hưởng urea glycerol đến khối lượng riêng màng polymer 48 Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn độ bền kéo đứt màng polymer ix 49 U3 Test Report 94 U3 Test Report 95 96 97 98 Phụ lục D: Kết phân tích IR 99 100 101 102 Phụ lục E: Các hình ảnh mẫu từ lúc chơn đến lúc phân hủy Hình E.1: Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu G1 Theo thứ tự: Mẫu ban đầu; mẫu sau ủ tuần; mẫu phân hủy hòan tồn; mẫu hủy hồn tồn đổ ngồi 103 Hình E.2: Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu G2 104 Hình E.3: Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu G3 Hình E.4: Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu G4 105 Hình E.5: Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu U1 106 Hình E.6: Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu U2 107 Hình E.7: Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu U3 Hình E.8 Hình ảnh so sánh mức độ phân hủy đất mẫu U4 108 ... thuận lợi để thực đề tài cách tốt Kính gửi lời cảm ơn đến thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Thảo anh chị viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện, hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi suốt... polymer tự hủy sinh học sở polyvinylalcohol (PVA) chitosan” tiến hành phòng Vật Liệu Hữu Cơ, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ 20 tháng 03 năm 2008 đến 30 tháng... TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu polymer tự hủy sinh học 2.1.1 Khái niệm 2 2.1.2 Một số tiêu chuẩn mà nhà khoa học đưa để định nghĩa polymer có khả phân huỷ sinh học 2.1.3 Các loại polymer tự phân hủy sinh