TÌM HIỂU về POLYMER PHÂN hủy SINH học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  - BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN HÓA HỌC VÀ HĨA LÝ CAO PHÂN TỬ ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC GVHD: TS Nguyễn Tuấn Anh Mục lục Polymer đại phân tử tổng hợp tự nhiên cấu thành từ đơn vị nhỏ monomers kết nối với Polymer tự nhiên bao gồm protein, polysaccharides, nucleic acid Polymers tổng hợp phát triển có độ bền kháng chịu với tất hình thức giảm cấp Những đặc điểm đặc tính khác, chẳng hạn độ cứng, tính thấm khí độ suốt kiểm sốt thay đổi tổng hợp polymer, trọng lượng phân tử sử dụng phụ gia Polymer sử dụng rộng rãi, vấn đề với việc tiêu hủy rác thải nhựa ngày trở nên trầm trọng Mặc dù có gia tăng không ngừng việc tái chế rác thải, số lớn chất thải phải đem tiêu hủy Các phương pháp phổ biến cho việc tiêu hủy rác thải rắn chôn đất Sự kết hợp việc giảm nguồn thải, tái chế, thiêu làm mũn phát triển ngày nhiều Tây Âu, Hoa Kỳ nơi khác cách thay cho việc chôn chất thải rắn đất Các polymer tổng hợp chế tạo sử dụng chúng có tính kháng chịu giảm cấp (suy giảm tính chất hóa lý) Tuy nhiên, chúng khơng hữu dụng việc tiêu hủy chúng trở thành vấn đề Gần đây, số polymer, chất dẻo sản xuất từ sinh khối vật liệu có khả phân hủy sinh học Tạo dạng polymer phân hủy sinh học (thành CO2 H2O), không để lại di hại cho đất, có độ bền tương đương polymer truyền thống có giá thành chấp nhận được, mong muốn nhà sản xuất chất dẻo, nổ lực nhà khoa học Vì vậy, nay, việc nghiên cứu polymer phân hủy sinh học đề tài nóng hổi Chính lợi ích mà polymer phân hủy sinh học mang lại mà nhóm chúng em làm tiểu luận với mục đích tìm hiểu sâu tính chất polymer, đặc biệt polymer phân hủy sinh học Nhiệm vụ tiểu luận trình tìm hiểu, tổng hợp kiến thức liên quan đến việc sản xuất vật liệu polymer có khả phân hủy sinh học bao gồm: chế trình phân hủy sinh học, yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học, công nghệ phân hủy sinh học, tác động polymer đến môi trường xã hội CHƯƠNG KHÁI NIỆM, CƠ CHẾ VÀ NGUYÊN LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC 1.1 khái niệm polymer phân hủy sinh học Polymer có khả phân hủy sinh học gặp tác động nước, khơng khí, nấm, vi kh̉n tự nhiên, polymer sẽ tự phân hủy thành chất khơng có hại cho mơi trường Các polymer có khả tự phân hủy dạng polylactic, polylactic - coglycolic, poly caprolactam… dùng dược phẩm (bọc thuốc viên, khớp nối thể…) dạng polymer có khả tự phân hủy dùng làm túi, bầu ươm cây, màng bọc trái cây… Các polyme có khả phân hủy sinh học thu từ nguồn nguyên liệu có khả tái tạo tổng hợp từ hóa chất có nguồn gốc dầu mỏ Sự trộn hợp hai nhiều polyme có khả phân hủy sinh học tạo polyme có khả phân hủy sinh học phù hợp với yêu cầu định Khả phân hủy sinh học không phụ thuộc vào nguồn gốc mà phụ thuộc vào cấu trúc hóa học mơi trường phân hủy Khi vật liệu có khả phân hủy sinh học (polyme nguyên chất, sản phẩm trộn hợp, composit) thu hoàn toàn từ nguồn nguyên liệu có khả tái tạo gọi vật liệu polyme xanh Vòng đời polyme có khả phân hủy sinh học mô tả hình sau: Vòng đời polyme có khả phân hủy sinh học 1.2 chế Quá trình phân hủy sinh học chia thành ba giai đoạn: phản xạ sinh học, phản ứng sinh học dị hóa: Phản xạ sinh học Một số yếu tố phi sinh học ảnh hưởng đến thay đổi ban đầu polymer như: nén (cơ học), ánh sáng, nhiệt độ hóa chất mơi trường Giai đoạn xảy vật liệu tiếp xúc với yếu tố phi sinh học mơi trường ngồi trời cho phép xuống cấp cách làm suy yếu cấu trúc vật liệu phản ứng sinh học Phản ứng sinh học xuống cấp bề mặt làm thay đổi tính chất học, vật lý hóa học vật liệu Các vi sinh vật sử dụng nguồn sáng tạo thành lượng quang học, tác dụng nhiệt độ thích hợp, phân tử lớn chia thành phần nhỏ sau sử dụng hết hơ hấp Nhiều q trình đồng hóa cung cấp trình thủy phân Các liên kết polymer bị phân cắt tạo oligome monome Các bước thực để phân đoạn vật liệu khác dựa diện oxy hệ thống Sự phân hủy vật liệu vi sinh vật có oxy tiêu hóa hiếu khí, phân hủy vật liệu khơng có oxy tiêu hóa kỵ khí Sự khác biệt q trình phản ứng yếm khí tạo khí mê-tan, phản ứng hiếu khí khơng (tuy nhiên, hai phản ứng tạo carbon dioxide, nước, số loại dư lượng sinh khối mới) Ngồi ra, tiêu hóa hiếu khí thường xảy nhanh tiêu hóa kỵ khí, tiêu hóa kỵ khí làm tốt việc giảm khối lượng khối lượng vật liệu.[5] Do khả phân hủy kỵ khí để giảm khối lượng khối lượng chất thải tạo khí tự nhiên, cơng nghệ phân hủy kỵ khí sử dụng rộng rãi cho hệ thống quản lý chất thải nguồn lượng tái tạo địa phương Giai đoạn phản xạ sinh học giai đoạn đầu, đa số giai đoạn phản xạ sinh học phản ứng sinh học thường xảy đồng thời Đồng hóa Các sản phẩm thu từ phản ứng sinh học sau tích hợp vào tế bào vi sinh vật, giai đoạn đồng hóa Một số sản phẩm từ phân mảnh vận chuyển dễ dàng tế bào chất mang màng Tuy nhiên, người khác phải trải qua phản ứng biến đổi sinh học để tạo sản phẩm mà sau vận chuyển bên tế bào Khi tế bào, sản phẩm vào đường dị hóa dẫn đến việc sản xuất adenosine triphosphate (ATP) yếu tố cấu trúc tế bào 1.3 Nguyên liệu ngành sản xuất nhựa phân hủy sinh học Vỏ tôm Với phát minh mới, nhà nghiên cứu chứng minh vỏ tơm hồn tồn có khả trở thành nguyên liệu sản xuất nhựa sinh học Trong vỏ tơm có chứa chitosan Hoạt chất sẽ chiết xuất đưa vào quy trình tạo nhựa sinh học Cách sản xuất nhựa sinh học từ nguyên liệu vỏ tơm khơng đòi hỏi cơng nghệ cao mà sử dụng phương pháp kỹ thuật thông thường Chính thế, chi phí sản xuất từ ngun liệu rẻ Loại nhựa sinh học tạo từ vỏ tơm có tên gọi nhựa Shrilk Đây kết kết hợp từ chitosan chiết xuất từ vỏ tôm protein chiết xuất từ tơ lụa Nhựa Shrilk khơng có màu, độ suốt tương tự vỏ tơm Nhựa Shrilk có tính chất dẻo chắc, ứng dụng vào ngành điện tử sản xuất điện thoại di động hay quân cờ Và có điểm đặc biệt trở thành ưu điểm lớn sản phẩm làm từ loại nhựa thời gian phân hủy ngắn Trong 2-3 tuần sau thải ngồi mơi trường, sản phẩm làm từ nhựa Shrilk sẽ phân hủy thành nguồn dinh dưỡng mà thực vật hấp thụ Hạt bơ Hạt bơ tận dụng để làm nguyên liệu sản xuất nhựa sinh học Cách chế tạo nhựa sinh học từ hạt bơ giống với quy trình thơng thường nên tiết kiệm chi phí sản xuất Nhựa sinh học từ hạt bơ có thời gian phân hủy khoảng từ 8-10 tháng tùy vào điều kiện môi trường vi khuẩn tồn đất Các loài thực vật Nhựa sinh học hồn tồn sản xuất từ ngun liệu lồi thực vật Nhựa có tên gọi polyhydroxybutyrate (PHB) với đặc tính phân hủy sinh học thân thiện với môi trường Sau phân hủy, PHB khả trung hòa lượng khí CO2 nên xem nguồn nguyên liệu bền vững cần khai thác tương lai Polyhydroxybutyrate (PHB) sản xuất nên nhựa dẻo, butanol propylene hóa chất cơng nghiệp khác Lồi thực vật lựa chọn để sản xuất vật liệu nhựa sinh học cỏ switchgrass biến đổi gen Quy trình chế tạo nên dòng sản phẩm khơng đòi hỏi kỹ thuật cao nên tiết kiệm chi phí sản xuất Nguồn nguyên liệu tái tạo Nguồn nguyên liệu tái tạo nhắc đến mía đường, ngơ nhựa loại kim Nhựa sinh học sản xuất từ thành phần ứng dụng ngành sản xuất miếng cấy ghép y tế bao bì thực phẩm Mía đường nguyên liệu tái tạo sử dụng để sản xuất nhựa sinh học Vỏ hạt điều Nhựa sinh học chế tạo từ vỏ hạt điều ứng dụng ngành điện tử Với nhiều đặc tính ưu việt chịu nhiệt, chịu nước tốt với độ bền cao thân thiện với môi trường Nhựa từ vỏ hạt điều sử dụng tạo tiết sản phẩm điện tử máy tính, điện thoại Tinh bột Về bản, nguồn nguyên liệu sử dụng rộng rãi ngành sản xuất nhựa sinh học từ tinh bột loại lương thực Về tỷ lệ thành phần nguyên liệu cụ thể theo khối lượng sẽ tinh bột biến tính chiếm 25-50%, nhựa tổng hợp tự hủy sinh học chiếm 10- 40%, nhựa tổng hợp chiếm 5-15%, chất lực chiếm 8-10%, chất kết hợp: 1-3% chất phụ gia chiếm 1-15% CHƯƠNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHÂN HỦY SINH HỌC Trong thực tế, hầu hết tất hợp chất hóa học vật liệu phải chịu trình phân hủy sinh học Tuy nhiên, tầm quan trọng nằm tỷ lệ tương đối trình vậy, chẳng hạn ngày, tuần, năm kỷ Một số yếu tố định tốc độ xuống cấp hợp chất hữu Các yếu tố bao gồm ánh sáng, nước, oxy nhiệt độ Tốc độ phân hủy nhiều hợp chất hữu bị giới hạn tính khả dụng sinh học chúng, tốc độ mà chất hấp thụ vào hệ thống có sẵn vị trí hoạt động sinh lý, hợp chất phải giải phóng vào dung dịch trước sinh vật phân hủy họ Tốc độ phân hủy sinh học đo lường số cách Xét nghiệm đo hô hấp sử dụng cho vi khuẩn hiếu khí Đầu tiên người ta đặt mẫu chất thải rắn thùng chứa có vi sinh vật đất, sau sục khí hỗn hợp Trong vài ngày, vi sinh vật tiêu hóa chút mẫu tạo carbon dioxide - lượng CO thu đóng vai trò số thối hóa Khả phân hủy sinh học đo vi khuẩn kỵ khí lượng khí mêtan hợp kim mà chúng tạo Điều quan trọng cần lưu ý yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học trình thử nghiệm sản phẩm để đảm bảo kết tạo xác đáng tin cậy Một số vật liệu sẽ kiểm tra khả phân hủy sinh học điều kiện tối ưu phòng thí nghiệm để phê duyệt kết khơng phản ánh kết giới thực yếu tố có nhiều thay đổi.Ví dụ, vật liệu thử nghiệm phân hủy sinh học tốc độ cao phòng thí nghiệm khơng bị suy giảm tốc độ cao bãi rác bãi chôn lấp thường thiếu ánh sáng, nước hoạt động vi sinh vật cần thiết cho xuống cấp Vì vậy, điều quan trọng có tiêu chuẩn cho sản phẩm phân hủy sinh học nhựa, có tác động lớn đến mơi trường Việc phát triển sử dụng phương pháp thử nghiệm tiêu ch̉n xác giúp đảm bảo tất loại nhựa sản xuất thương mại hóa sẽ thực phân hủy sinh học môi trường tự nhiên Một thử nghiệm phát triển cho mục đích DINV 54900 Cơng thức phân hủy sinh học hiếu khí Cơng thức phân hủy sinh học kỵ khí 2.1 Thời gian gần cho hợp chất phân hủy sinh học môi trường biển Sản phẩm Thời gian để sinh học Khăn giấy 2-4 tuần Báo chí tuần Lõi táo tháng Hộp tông tháng Sáp tráng hộp sữa giấy Găng tay tháng tháng tháng Găng tay len năm Ván ép 1-3 năm Sơn gỗ 13 năm Túi nhựa 10-20 năm Lon thiếc 50 năm Tã dùng lần 50-100 năm Chai nhựa 100 năm Lon nhôm 200 năm Chai thủy tinh Không xác định 2.2 Khung thời gian cho việc phân hủy vật dụng thông thường môi trường mặt đ CHƯƠNG ỨNG DỤNG CỦA POLIME PHÂN HỦY SINH HỌC Polyme phân hủy sinh học ứng dụng chủ yếu lĩnh vực: y – sinh học, nông nghiệp bao bì, nhiều loại trở thành sản phẩm thương mại Do có tính chun dụng giá thành cao nên polyme phân hủy sinh học ứng dụng y – sinh học phát triển mạnh lĩnh vực khác 4.1 Ứng dụng lâm, nông nghiệp Màng mỏng từ polyme ứng dụng rộng rãi nông nghiệp từ năm 30, 40 kỷ trước để làm màng che, phủ, hom ươm cây,… Màng polyme có tác dụng giữ ẩm cho đất, ngăn cỏ dại phát triển, có tác dụng ổn định nhiệt đất làm tăng tốc độ phát triển trồng polyme làm màng phủ thông dụng polyetylen tỉ trọng thấp (LDPE), polyvinylclorua(PVC), polybutylen (PB) copolyme etylen với vinyl acetat,… Tuy nhiên, sau hết thời gian sử dụng, polyme khơng bị phân hủy hồn tồn đất gây nhiều khó khăn cho mơi trường cho thân người trồng trọt Trong năm gần đây, polyme phân hủy sinh học định hướng sử dụng để làm màng che phủ nông nghiệp nhờ khả tự phân hủy sua thời gian định tác động nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng vi sinh vật đất Màng phân hủy giúp cho thu hoạch thuận lợi, giảm giá thành sản xuất không gây trở ngại cho vụ mùa sau Các màng mỏng polyme bị phân hủy quang phân hủy sinh học Để vật liệu có khả phân hủy quang, người ta thường đưa vào polyme số chất quạ gia quang hóa oxi hóa Tỉ lệ phối trộn điều chỉnh cho phát triển polyme bắt đầu phân hủy Màng mỏng phân hủy sinh học sở tinh bột với polyvinylancol, poly(etylenco-acrylic axit), polyvinylclorua ứng dụng Mỹ Màng mỏng poly(ecaprolacton) ứng dụng làm bầu ươm giống Trong môi trường đất, poly(e-caprolacton) bị phân hủy sinh học, sau tháng tổn hao 48% sau năm tổn hao tới 95% trọng lượng Trên thị trường, ngồi polymer có khả tự phân hủy dạng polylactic, polylactic - coglycolic, poly caprolactam… dùng dược phẩm (bọc thuốc viên, khớp nối thể…) dạng polymer có khả tự phân hủy dùng làm túi, bầu ươm cây, màng bọc trái cây… chưa triển khai giá thành q cao Một số thông tin công bố việc phối hợp PE (PVC) với tinh bột, tạo màng polymer có giá thành thấp, thực tế, phần polymer truyền thống không bị phân hủy triệt để thành CO2 H2O mà tạo thành mảnh nhỏ khó phân hủy, chui vào lỗ xốp đất, gây nên tình trạng bạc màu đất Loại nhiễm nguy hiểm ô nhiễm thấy nhiều nhà khoa học cảnh báo tình trạng Tạo dạng polymer phân hủy sinh học (thành CO2 H2O), khơng để lại di hại cho đất, có độ bền tương đương polymer truyền thống có giá thành chấp nhận được, mong muốn nhà sản xuất chất dẻo, nổ lực nhà khoa học Vì vậy, nay, việc nghiên cứu polymer phân hủy sinh học đề tài nóng hổi Polymer phân hủy sinh học ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nên tính chất, thành phần khác Hiện nay, việc áp dụng polymer phân hủy sinh học phục vụ sản xuất nông nghiệp trở nên cấp thiết để tiết kiệm tối đanguồn nước, tăng tỉ lệ hấp thụ phân bón vào trồng, làm màng bọc nâng chất lượng trái bảo quản sản phẩm sau thu hoạch, làm bầu ươm cây… Việc dùng túi nylon tự phân hủy sinh học sẽ giúp nhà nơng giải tốn công, môi trường, chất lượng giá thành sản phẩm Trên sở đó, nhiệm vụ nghiên cứu đặt là: tổng hợp số loại polymer có khả giải vấn đề với số hóa lý tương đương polymer truyền thống (PE, PP, PVC…), dễ gia công, giá thành thấp, phân hủy sinh học hoàn toàn Qua nhiều năm nghiên cứu, kết tạo loại polymer phân hủy sinh học hoàn toàn, đáp ứng yêu cầu đặt tên cho loại polymer VINAPOL® VINAPOL® polymer nền, dạng viên cầu hay khối trụ (theo ý muốn nhà sản xuất) Khi sử dụng, cần hòa tan nước ấm (70-800 C) để tạo thành dạng theo khn Tùy vào mục đích sử dụng polymer mà có dạng VINAPOL® khác như: VINAPOL®-FAW (Film Adsorption Water): dùng cho bầu ươm VINAPOL®FfF (Film for Fruit): dùng cho màng bọc hoa VINAPOL®-PL/AW (Plastic Adsorption Water): dùng cho bọc phân loại (vô cơ, hữu cơ, vi sinh…) 4.2 Ứng dụng làm bao bì, túi đựng hàng hóa Polyme phân hủy sinh học ứng dụng chủ yếu làm bao bì cho ngành cơng nghiệp thực phẩm u cầu bao bì làm từ tổ hợp polyme phân hủy sinh học phải đạt tính chất gần polyme tổng hợp Polyme thiên nhiên phân hủy sinh học dùng để sản xuất bao bì phổ biến polysaccharide, bao gồm tinh bột, cellulose chitosan Mức độ phân hủy màng mỏng phụ thuộc vào tỉ lệ phối trộn polyme tổng hợp polyme thiên nhiên (ví dụ tinh bột, xenlulo,…) chất hóa học cấu tử Tổ hợp LDPE với 10% tinh bột ngũ cốc dùng để sản xuất túi đựng rác thực phẩm công nghệ thông thường Pullulan polyme tổng hợp từ loại nấm, có cấu tạo từ vòng maltotrise nối với liên kết α-1,6 Đây polyme tan nước, ứng dụng để sản xuất màng bao gói hàng hóa mỏng suốt, ăn có độ thấm khí thấp Poly (L-lactic axit) (LPLA) tổng hợp từ phản ứng ngưng tụ lactic axit, có độ bền kéo đứt 45 ÷ 70 MPa, độ giãn dài đứt 85 ÷ 105% Phòng thí nghiệm Argonne National tìm phương pháp sản xuất glucoza từ tinh bột khoai tây sau lên men glucoza thành Lactic axit với giá thành thấp để sản xuất LPLA sản xuất bao bì phân hủy sinh học với giá thích hợp Bao bì từ LPLA dùng làm túi đựng rác tạp phẩm, khăn vệ sinh, bao gói hộp đựng thức ăn nhanh Tuy nhiên, giá thành cao nên phổ biến thực tế 4.3 Ứng dụng y – sinh học Polyme phân hủy sinh học thử nghiệm làm mô cấy phẫu thuật phẫu thuật mạch máu chỉnh hình, làm vật liệu để giải phóng thuốc lâu dài (có thể điều khiển được) bên thể xếp vào nhóm vật liệu sinh học Công nghệ phân hủy sinh học đặc biệt cộng đồng y tế sinh học sử dụng Polyme phân hủy sinh học phân thành ba nhóm: y tế, sinh thái ứng dụng kép, nguồn gốc, chúng chia thành hai nhóm: tự nhiên tổng hợp Tập đồn Cơng nghệ khai thác việc sử dụng carbon dioxide siêu tới hạn, áp suất cao nhiệt độ phòng dung mơi sử dụng nhựa phân hủy sinh học để tạo loại thuốc phủ polymer Polyme (có nghĩa vật liệu gồm phân tử có đơn vị cấu trúc lặp lại tạo thành chuỗi dài) sử dụng để đóng gói loại thuốc trước tiêm vào thể dựa axit lactic, hợp chất thường sản xuất thể, tiết tự nhiên Lớp phủ thiết kế để phát hành có kiểm sốt khoảng thời gian, làm giảm số lượng tiêm cần thiết tối đa hóa lợi ích điều trị Giáo sư Steve Howdle tuyên bố polyme phân hủy sinh học đặc biệt hấp dẫn để sử dụng phân phối thuốc, đưa vào thể, chúng không cần phải thu hồi thao tác thêm bị biến chất thành sản phẩm phụ khơng hòa tan, khơng độc hại Các polyme khác phân hủy tỷ lệ khác thể lựa chọn polymer điều chỉnh để đạt tỷ lệ phát hành mong muốn Các ứng dụng y sinh khác bao gồm việc sử dụng polyme nhớ hình dạng đàn hồi, phân hủy sinh học Vật liệu cấy ghép phân hủy sinh học sử dụng cho thủ tục phẫu thuật xâm lấn tối thiểu thông qua polyme nhiệt dẻo phân hủy Các polyme thay đổi hình dạng chúng tăng nhiệt độ, gây khả nhớ hình dạng khâu dễ bị phân hủy Do đó, cấy ghép phù hợp thơng qua vết mổ nhỏ, bác sĩ dễ dàng thực biến dạng phức tạp, khâu trợ lý vật liệu khác tự phân hủy sinh học sau phẫu thuật hoàn tất CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC ĐẾN MÔI TRƯỜNG VÀ XÃ HỘI 4.1 Ảnh hưởng polymer phân hủy sinh học đến môi trường Môi trường nước Nhựa phân hủy sinh học cung cấp làm giảm mức độ carbon dioxide Các nhà khoa học ước tính có nhiều chất thải nhựa đại dương cá vào năm 2050, với nước máy có chứa vi hạt lên tới 80% thời gian Các nhà nghiên cứu Đại học Bath tạo loại nhựa sử dụng đường carbon dioxide, dẫn đến polycarbonat khơng cần phải sử dụng hóa dầu lượng khí thải CO2 cần thiết để tinh chế Nhựa phân hủy cách tự nhiên, lắng đọng lượng khí trở lại mơi trường sử dụng để tạo Nhựa phân hủy sinh học sẽ không giải vấn đề ô nhiễm đại dương phân hủy nước biển mơi trường có nhiệt độ thấp,chúng sẽ bề mặt sản phẩm nhựa thông thường tạo chất dẻo siêu nhỏ có hại cho sinh vật biển Mơi trường khí Nhựa phân hủy sinh học làm giảm mức phát thải khí nhà kính Khi sử dụng nhựa phân hủy sinh học thay vật phẩm sản xuất qua quy trình tinh chế truyền thống, lượng khí thải nhà kính sẽ ngồi khí Chúng ta tiêu thụ 100 triệu nhựa năm, điều có nghĩa tỷ lệ sản xuất tiêu chuẩn 5: cho thấy ngành công nghiệp sản xuất 500 triệu carbon dioxide vào khí năm Con số tương đương với lượng khí thải hàng năm 19 triệu xe Nếu tái chế nhựa năm, riêng mức tiết kiệm carbon sẽ lên tới 30%, số nhà nghiên cứu cho mức tiết kiệm lên tới 80% Chuyển sang sử dụng nhựa phân hủy sinh học sẽ giúp giảm số lượng phát thải khí nhà kính ngành cơng nghiệp sản xuất Môi trường đất Nhựa phân hủy sinh học không giải phóng vật phẩm nguy hiểm khác phân hủy.Nếu vứt nhựa truyền thống vào bãi rác, sẽ có khí metan dạng chất nhiễm khác giải phóng bắt đầu phân hủy Bisphenol A (BPA) thành phần sản xuất nhựa nhựa Trước đây, chất sử dụng đồ ăn nhựa, chai nước thiết bị thể thao Phthalates làm mềm nhựa để biến thành PVC Đây chất gây rối loạn nội tiết gây độc cho chu kỳ sinh sản người Phân hủy sinh học loại bỏ chất cần thiết Nhựa phân hủy sinh học phân hủy nhanh chóng tình cụ thể.Một số vật phẩm phân hủy sinh học bị phân hủy thời gian tính theo tuần thay vài tháng nhiều năm Với vi sinh vật Khi nhựa sinh học bắt đầu phân hủy môi trường, vi khuẩn đất bắt đầu tiêu thụ thành phần Điều khiến có chất thải hơn, làm giảm khả ô nhiễm quần xã 4.2 Ảnh hưởng polymer phân hủy sinh học đến xã hội Tiêu thụ xăng dầu thấp Dầu thành phần vật liệu nhựa truyền thống Tiêu thụ dầu mỏ coi có hại cho mơi trường, lượng chất thải tạo trình tinh chế phương pháp gây hại sử dụng để chiết xuất dầu từ trái đất Theo Green Energy News, nhựa phân hủy sinh học làm từ nguồn ngô, gai dầu chí lơng gà, loại bỏ dầu mỏ sản xuất nhựa (Một lưu ý thuật ngữ đây: hầu hết loại nhựa phân hủy sinh học nhựa sinh học, có nghĩa chúng làm phần từ vật liệu hữu liệt kê , có nhiều nhược điểm tiềm ẩn, bao gồm chi phí cao hơn,khả kỹ thuật tác động môi trường việc trồng vật liệu hữu sử dụng nhựa sinh học Môi trường đô thị nông thôn Nhựa dựa dầu mỏ không bị phân hủy theo cách thân thiện với mơi trường, khiến sản phẩm thải bỏ rải rác khắp cộng đồng Đây vấn đề thành thị nơng thơn, chất thải nhựa tạo thứ từ mắt đến mối nguy hại cho sức khỏe Vấn đề rác thải nhựa đặc biệt tồi tệ khu vực có sở hạ tầng tái chế thiết kế Về mặt lý thuyết, việc sử dụng nhựa phân hủy sinh học loại bỏ vấn đề Tuy nhiên, giải pháp cần phải đáp ứng với việc quản lý chất thải cải thiện Bãi rác nhỏ Mặc dù bãi chôn lấp nhu cầu thiết yếu, chất thải người đổ lưu trữ tốt cho người xã hội May mắn thay, nhựa phân hủy sinh học bị phân hủy theo thời gian, làm giảm tổng lượng chất thải bãi chôn lấp Mặt khác, nhựa dựa dầu mỏ khơng bị phân hủy nhanh chóng, dẫn đến bãi chôn lấp phát triển lớn theo thời gian Khi nhựa làm từ dầu mỏ bắt đầu xuống cấp, dẫn đến hóa chất độc hại tiềm tàng xâm nhập vào nguồn nước, nhựa làm từ dầu mỏ xuống cấp theo cách có hại Nhựa phân hủy sinh học dẫn đến kết tốt hơn, chúng tích hợp trở lại môi trường Xuất nhựa cao Kỹ thuật sản xuất nhựa phân hủy sinh học q trình phức tạp, đòi hỏi nhà khoa học có trình độ thiết bị đắt tiền để tạo lợi nhuận Ngồi ra, q trình thường tốn so với sản xuất nhựa truyền thống, gây bất lợi cho doanh nghiệp thị trường Các nhà sản xuất đủ tinh vi để sản xuất nhựa phân hủy sinh học xuất khẩu sản phẩm tiên tiến họ khắp giới, đồng thời có lợi cho bên liên quan tài mơi trường Thực tiễn kinh doanh tốt Nhựa phân hủy sinh học xem hoạt động kinh doanh bền vững CEO người tiêu dùng Các công ty áp dụng nhựa phân hủy sinh học thường người tiêu dùng xem thích hợp cơng ty khơng có ý thức trái đất Nhiều công ty hàng tiêu dùng đóng gói, bao gồm Ba Lan Mùa xuân, thử nghiệm cắt giảm đáng kể lượng nhựa sử dụng bao bì họ Nỗ lực giúp tiết kiệm tiền cho vật liệu dư thừa đồng thời giảm chất thải chí cải thiện hình ảnh thương hiệu CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA TỰ HỦY SINH HỌC VỚI THÀNH PHẦN CHÍNH TỪ TINH BỘT Trên giới, có khoảng 2.000 sáng chế đăng ký lĩnh vực nhựa tự hủy sinh học Sau sáng chế: phương pháp sản xuất nhựa tự hủy sinh học tác giả Ming-Tung Chen, người Đài Loan, đăng ký Mỹ ngày 15/3/2005 Theo sáng chế này, nguồn nguyên liệu sử dụng tinh bột tạo sản phẩm nhựa có khả tự hủy sinh học Thành phần nguyên liệu tính theo khối lượng gồm có: Tinh bột biến tính: 25-50%; Nhựa tổng hợp tự hủy sinh học: 10- 40%; Nhựa tổng hợp: 5-15%; Chất lực: 8-10%; Chất kết hợp: 1-3%; Phụ gia: 1-15% 5.1 Thành phần: Tinh bột biến tính phải nghiền thật nhỏ với kích cỡ khoảng 10µm Để đạt độ mịn với cỡ hạt 10µm phải nghiền với “chất đệm” có tác dụng bơi trơn phân tán Chất bôi trơn dung môi có điểm sơi tương đối cao, lựa chọn chất: dầu trắng, acid stearic, sáp polyethylene, polyethylene oxide Chất phân tán sáng chế sử dụng 1,3distearic glyceric ester (DSGE) Nhựa tổng hợp tự hủy sinh học loại polyme tổng hợp tự hủy sinh học, lựa chọn nhóm sau: nhóm ester, nhóm hydroxyl, nhóm carboxyl, nhóm xeton, chẳng hạn như: polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polybutyl succinate (PBS) Nhựa tổng hợp chất đồng trùng hợp alkene thuộc nhóm hydroxyl, carboxyl este, chẳng hạn như: đồng trùng hợp ethylene vinyl acetate (EVA), đồng trùng hợp ethylene vinyl alcohol (EVOH), đồng trùng hợp ethylene acrylic acetate (EAA), trộn chất đồng trùng hợp với Chất lực sử dụng glycerol polyvinyl alcohol (PVA) Chất kết hợp peroxide hữu cơ, sáng chế sử dụng chất epoxide Chất phụ gia sử dụng chất sau: calcium carbonate, calcium stearate, sec-butyl alcohol, ethyl acetate, silicate, sorbitol 5.2 Quy trình sản xuất Đầu tiên, tinh bột khử nước nhiệt độ khoảng 160-1700C Tinh bột nghiền thật mịn áp suất cao cách trộn thêm “chất đệm” (100-150% (khối lượng so với tinh bột) chất bôi trơn 1-5% (khối lượng so với tinh bột) chất phân tán) để tinh bột sau nghiền phải đạt kích cỡ thật nhỏ, khoảng 10 µm Sau đó, tinh bột tách khỏi “chất đệm” máy ly tâm Trộn tinh bột nghiền với nhựa tổng hợp tự hủy sinh học (10- 40%), nhựa tổng hợp (5-15%), chất lực (8-15%), chất kết hợp (1-3%), chất phụ gia (115%) Thực trình khuấy trộn máy với tốc độ 1000 – 2800 rpm (số vòng quay phút), thời gian khuấy trộn khoảng - 20 phút nhiệt độ khuấy trộn từ 30 - 1200C Đưa toàn hỗn hợp khuấy trộn vào máy đùn mã lực để tiến hành trình trộn kết hợp, quy trình tiến hành nhiệt độ 120-2200C, áp suất từ 520 Mpa khoảng thời gian từ 3-12 phút Dưới nhiệt độ áp suất cao, sản phẩm sẽ trộn hoàn toàn tạo thành polyme Cuối làm lạnh tạo dạng hạt cho sản phẩm Sản phẩm cuối có dạng hạt màu trắng, nguyên liệu để sản xuất sản phẩm bao bì, túi xách, v.v… Tuy nhiên, thành phần chất tỉ lệ chất thay đổi phạm vi cho phép để tạo sản phẩm có độ bền, độ cứng độ đàn hồi khác Kết luận Qua tiểu luận tìm hiểu công nghệ gia công polymer phân hủy sinh học, nhóm chúng em hiểu phổ biến polymer đời sống, đặc biệt tầm quan trọng việc phát triển polymer phân hủy sinh học môi trường sống Với polymer phân hủy sinh học, nguyên liệu cho sản xuất thường tinh bột Quá trình polymer phân hủy xảy theo chế tác động nước, khơng khí, nấm, vi kh̉n tự nhiên, để hình thành thành phần chủ yếu dạng nước, khí CO2 sinh khối nên vô thân thiện với môi trường  ... NGHỆ POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC 1.1 khái niệm polymer phân hủy sinh học Polymer có khả phân hủy sinh học gặp tác động nước, khơng khí, nấm, vi kh̉n tự nhiên, polymer sẽ tự phân hủy thành chất... khả phân hủy sinh học mơ tả hình sau: Vòng đời polyme có khả phân hủy sinh học 1.2 chế Quá trình phân hủy sinh học chia thành ba giai đoạn: phản xạ sinh học, phản ứng sinh học dị hóa: Phản xạ sinh. .. gây độc cho chu kỳ sinh sản người Phân hủy sinh học loại bỏ chất cần thiết Nhựa phân hủy sinh học phân hủy nhanh chóng tình cụ thể.Một số vật phẩm phân hủy sinh học bị phân hủy thời gian tính