TỔNG HỢP VÀ SO SÁNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ SO SÁNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC Họ tên sinh viên: LƯU TRÍ PHƯƠNG Nghành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa: 2006 – 2010 Tháng 09/2010 TỔNG HỢP VÀ SO SÁNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC Tác giả LƯU TRÍ PHƯƠNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư nghành Cơng Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Thảo Tháng 09/2010 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Thảo người hướng dẫn tận tình, đưa ý kiến đóng góp giá trị thảo luận với suốt q trình tơi tiến hành làm luận văn Xin chân thành cảm ơn kỹ sư Huỳnh Thành Công giúp đỡ tơi nhiệt tình q trình tiến hành thí nghiệm Và xin gửi lời cảm ơn đến cán Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy mơn Cơng Nghệ Hóa Học truyền đạt cho tơi kiến thức để tơi hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến gia đình ln động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực khóa luận tốt nghiệp Cuối tơi xin chúc tồn thể giáo viên mơn Cơng Nghệ Hóa Học, thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Thảo, với cán Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Thành phố Hồ Chí Minh có nhiều sức khỏe để tiếp tục cống hiến cho nghiệp giáo dục khoa học Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2010 Sinh viên thực Lưu Trí Phương ii TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu “Tổng hợp so sánh tính chất số polymer phân hủy sinh học” tiến hành phòng Vật Liệu Hữu Cơ, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ 16 tháng 03 năm 2010 đến 30 tháng 08 năm 2010 Thí nghiệm thực cách phối trộn nguyên liệu với tỉ lệ khác để tổng hợp thành polymer phân hủy sinh học Sau đó, polymer xác định số tính chất như: trọng lượng phân tử, độ bền học, độ hấp thụ nước, khả phân hủy đất, khảo sát cấu trúc bề mặt Từ đó, so sánh tính chất polymer tổng hợp Thí nghiệm rằng: − Các mẫu polymer tổng hợp từ polyvinylalcohol (PVA), tinh bột carboxymethylcellulose (CMC) có trọng lượng phân tử lớn mẫu polymer tổng hợp từ PVA, tinh bột chitosan − Các mẫu tổng hợp từ PVA, tinh bột chitosan có độ bền kéo đứt lớn mẫu tổng hợp tử PVA, tinh bột CMC Độ dãn dài mẫu tỷ lệ thuận với tỷ lệ thành phần PVA − Các mẫu có khả hấp thụ nước lớn Trong đó, mẫu có chitosan có khả hấp thụ nước lớn mẫu có CMC − Các mẫu có khả phân hủy đất Trong đó, mẫu có chitosan phân hủy nhanh mẫu có CMC − Cấu trúc bề mặt mẫu polymer phân tích phổ hồng ngoại (IR) phương pháp Scanning Electron Microscope (SEM), cho ta thấy tồn nhóm chức mẫu cấu trúc bề mặt mẫu polymer iii ABSTRACT Biodegradable polymer films were synthesized by casting with different materials such as PVA, carboxymethyl cellulose, chitosan, starch, urea Molecular weight, mechanical properties, water absorption, biodegradation, SEM of films were studied Results showed that: • Molecular weight of the polymer samples that were produced from polyvinylalcohol (PVA), starch and carboxymethylcellulose (CMC) are larger than those from PVA, starch and chitosan • Tensile strength and elongation of the polymer samples that were produced from PVA, starch and chitosan are greater than those from PVA, starch and CMC • All of the polymer samples were water absorbtion very good The water absorbtion of chitosan polymers are smaller than the CMC polymers • All of the polymers were degradable completely after 40 to 90 days in the soil The chitosan polymers degraded faster than the CMC polymers • Surface structure of the polymers were analyzed by infrared (IR) and Scanning Electron Microscope method (SEM), showed that the existence of functional groups in the polymers and surface structure of the sample polymer iv MỤC LỤC TRANG TỰA i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xii Chương MỞ ĐẦU .1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài .1 1.3 Yêu cầu đề tài Chương TỔNG QUAN .3 2.1 Giới thiệu polymer phân hủy sinh học 2.1.1 Khái niệm .3 2.1.2 Các loại polymer phân hủy sinh học 2.1.2.1 Các polymer phân hủy sinh học tự nhiên 2.1.2.2 Các polymer phân hủy sinh học tổng hợp 2.1.2.3 Các polymer phân hủy sinh học khác 2.1.3 Tình hình nghiên cứu nước giới 2.1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 2.1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 2.1.4 Ứng dụng polymer phân hủy sinh học 2.1.4.1 Trong y học 2.1.4.2 Trong nông nghiệp 2.1.4.3 Kiểm sốt nhả chậm hóa chất nơng nghiệp 2.1.4.4 Bầu ươm 2.1.4.5 Bao bì .8 v 2.2 Nguồn nguyên liệu dùng để tổng hợp polymer phân hủy sinh học .9 2.2.1 Polyvinyl alcohol (PVA) 2.2.1.1 Giới thiệu 2.2.1.2 Tính chất vật lý .9 2.2.1.3 Tính chất hóa học 12 2.2.1.4 Sự phân hủy PVA 14 2.2.1.5 Ứng dụng 14 2.2.1.6 Sản xuất PVA .16 2.2.2 Tinh bột 16 2.2.2.1 Giới thiệu 16 2.2.2.2 Tính chất vật lý .17 2.2.2.3 Ứng dụng tinh bột sắn 18 2.2.3 Chitin Chitosan 19 2.2.3.1 Khái niệm .19 2.2.3.2 Tính chất vật lý .20 2.2.3.3 Tính chất hóa học 21 2.2.3.4 Ứng dụng 23 2.2.4 Urea 24 2.2.4.1 Tính chất Urea .24 2.2.4.2 Ứng dụng 24 2.2.5 Acid lactic 25 2.2.5.1 Tính chất acid lactic .25 2.2.5.2 Ứng dụng 25 2.2.6 Carboxy methyl cellulose (CMC) 26 2.2.6.1 Tính chất CMC 26 2.2.6.2 Ứng dụng 26 2.3 Các phương pháp phân tích 27 2.3.1 Phân tích trọng lượng phân tử sắc kí gel 27 (Gel Permeation Chromatography - GPC) 27 2.3.2 Xác định tính chất học polymer 27 2.3.3 Xác định khả hấp thụ nước polymer 29 vi 2.3.4 Xác định khả tự phân hủy đất polymer .29 2.3.5 Khảo sát cấu trúc bề mặt polymer phương pháp Scanning Electron Microscope (SEM) 30 2.3.6 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại 30 Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 32 3.1 Vật liệu .32 3.1.1 Hóa chất .32 3.1.2 Dụng cụ 32 3.2 Phương pháp thí nghiệm 33 3.2.1 Phương pháp tổng hợp polymer phân hủy sinh học .33 3.2.2 Tiến hành thí nghiệm 37 3.2.2.1 Thí nghiệm 1: xác định trọng lượng phân tử polymer phân hủy sinh học .37 3.2.2.2 Thí nghiệm 2: Xác định tính chất học polymer phân hủy sinh học .37 3.2.2.3 Thí nghiệm 3: Xác định khả hấp thụ nước polymer phân hủy sinh học 38 3.2.2.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát khả phân hủy polymer phân hủy sinh học phương pháp chôn đất 39 3.2.2.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát cấu trúc bề mặt polymer phân hủy sinh học phương pháp SEM 39 3.2.2.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát cấu trúc polymer phân hủy sinh học phổ hồng ngoại (IR) 39 Chương KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .40 4.1 Xác định trọng lượng phân tử polymer phân hủy sinh học 40 4.2 Xác định độ bền học polymer phân hủy sinh học 41 4.2.1 Đối với mẫu chứa CMC .41 4.2.2 Đối với mẫu chứa chitosan 42 4.2.3 Nhận xét chung 44 4.3 Khảo sát khả hấp thụ nước polymer phân hủy sinh học .45 4.4 Khảo sát khả phân hủy polymer phân hủy sinh học chôn đất 47 vii 4.4.1 Đối với mẫu chứa CMC .47 4.4.2 Đối với mẫu chứa chitosan 50 4.5 Khảo sát cấu trúc bề mặt polymer phân hủy sinh học 53 4.6 Phân tích IR 55 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .57 5.1 Kết luận 57 5.2 Đề nghị .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC .61 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải thích ASTM American Standard Testing Method TS Độ bền kéo đứt E Độ dãn dài PLA Polylactic acid PBS Polybutylene succinate AAC Polyester mạch thẳng – mạch vòng thơm PBAT Polybutylene adipate – terephtalate PHB Polyhydroxybutyrate PHV Polyhydroxyvalerate PCL Polycaprolactone PET Polyehtylenephtalate PBSA Polybutylenephtalate PTMAT Polytetramethylene adipate terephtalate PS Polystyrene PE Polyethylene PVC Polyvinyl chloride EVOH Ethylene vinyl alcohol PVA Polyvinyl alcohol CMC Carboxymethylcellulose SEM Scanning Electron Microscope GPC Gel Permeation Chromatography OECD Organization for Economic Cooperation and Development Ctv Cộng tác viên ix 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 ... sinh học thực 1.2 Mục đích đề tài Tổng hợp so sánh số tính chất loại polymer phân hủy sinh học như: polymer có sợi CMC, polymer có sợi chitosan 1.3 Yêu cầu đề tài Tổng hợp số polymer phân hủy sinh. .. liệu 2.1.2 Các loại polymer phân hủy sinh học 2.1.2.1 Các polymer phân hủy sinh học tự nhiên Polymer phân hủy sinh học tự nhiên polymer tạo tự nhiên chu kỳ sinh trưởng thể sống Việc tổng hợp chúng... sánh tính chất polymer phân hủy sinh học tổng hợp Chương TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu polymer phân hủy sinh học 2.1.1 Khái niệm Polymer phân hủy sinh học loại vật liệu mà q trình phân hủy vi khuẩn