BÀI TIỂU LUẬN VẬT LIỆU POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

Sự tồn tại của nó trong môi trường sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đất và nước bởi các sản phẩm này lẫn vào đất sẽ ngăn cản ôxy đi qua đất, gây xói mòn đất, làm cho đất không giữ được

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC PHENIKAA

BÀI TIỂU LUẬN

TÊN HỌC PHẦN : VẬT LIỆU POLYMER

PHÂN HỦY SINH HỌC _1.1(12MSE).1_LT

SINH VIÊN THỰC HIỆN: PHẠM MINH KỲ

MSSV: 18010200

KHOA: KHOA HỌC VÀ KĨ THUẬT VẬT LIỆU

HÀ NỘI, THÁNG 9, NĂM 2021

Mục Lục

I Tổng quan Thực trạng sử dụng polymer trong sản xuất bao bì ở Việt Nam và trên thế

giới 3

1 Thực trạng sử dụng polymer trong sản xuất bao bì ở Việt Nam và trên thế giới 3

1.1 Thực trạng ở Việt Nam 3

1.2 Thực trạng trên thế giới 3

II Nội Dung 4

1 Quá trình sản xuất bao bì và các loại polymer chủ yếu được sử dụng trong bao bì.4 1.1 Quy trình sản xuất bao bì nhựa pp 4

1.2.1 Polyethylenes 5

1.2.2 Polypropylene (Bao bì nhựa PP): 7

1.2.3 Polyethylene Terephthalate (Bao bì nhựa PET) 7

1.2.5 Polystyrene (PS): 8

Nylon hay polyamides (PA) 8

1.2.7 Ethylene Ethyl Acrylate (EEA): 9

1.2.8 Ethylene Vinyl Acetate (EVA): 10

1.2.9 Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer (EVOH) 10

2 Các vấn đề môi trường liên quan đến sử dụng polymer trong sản xuất bao bì 10

3 Tiềm năng của polymer phân hủy sinh học trong lĩnh vực bao bì 12

4 Thị trường bao bì trong nước và thế giới 13

III Kết Luận 15

I Tổng quan Thực trạng sử dụng polymer trong sản xuất bao bì ở Việt Nam

và trên thế giới.

1 Thực trạng sử dụng polymer trong sản xuất bao bì ở Việt Nam và trên thế giới.

Việt Nam đang trong quá trình đẩy mạnh công nghiệp hóa – đô thị hóa (CNH – ĐTH) và cùng với nó là sự gia tăng chất thải sinh hoạt, trong đó có chất thải túi bao bì từ nhựa Các bao bì sản xuất từ polyme có nguồn gốc từ dầu mỏ (PE, PP…) hiện đang sử dụng

ở nước ta và nhiều nước trên thế giới thuộc loại khó và lâu phân hủy

Theo các nhà khoa học, bao bì nhựa được làm từ những chất khó phân hủy, khi thải

ra môi trường phải mất từ hàng chục năm cho tới một vài thế kỷ mới được phân hủy hoàn toàn trong tự nhiên Sự tồn tại của nó trong môi trường sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đất và nước bởi các sản phẩm này lẫn vào đất sẽ ngăn cản ôxy đi qua đất, gây xói mòn đất, làm cho đất không giữ được nước, dinh dưỡng, từ đó làm cho cây trồng chậm tăng trưởng Nghiêm trọng hơn, môi trường đất và nước bị ô nhiễm bởi sản phẩm bao bì này sẽ ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp tới sức khỏe con người

1.1 Thực trạng ở Việt Nam

Ở nước ta, việc sử dụng tràn lan các loại bao bì này trong các hoạt động sinh hoạt xã hội, chủ yếu và đặc biệt là loại túi siêu mỏng, thể hiện sự dễ dãi của cả người cung cấp cũng như người sử dụng; người bán sẵn sàng đưa thêm một 5 hoặc vài chiếc túi cho người mua khi được yêu cầu; người mua ít khi mang theo vật đựng (túi xách, làn…) vì biết chắc chắn rằng khi mua hàng hóa sẽ có bao bì kèm theo để xách về

Hiện chưa có số liệu thống kê chính thức về số lượng sản phẩm bao bì từ nhựa được

sử dụng ở Việt Nam nhưng đã có một số khảo sát, ước tính về số lượng này Tuy có sự khác nhau về con số nhưng ấn tượng chung là rất lớn và chưa được quản lý ở hầu hết tất cả các khâu của vòng đời của sản phẩm: từ sản xuất, lưu thông phân phối, sử dụng cho đến thải bỏ, thu gom, xử lý

Theo một khảo sát của cơ quan môi trường, trung bình một người Việt Nam trong 1 năm sử dụng ít nhất 30 kg các sản phẩm có nguồn gốc từ nhựa Từ 2005 đến nay, con số này

là 35 kg/người/năm Năm 2000, trung bình một ngày, Việt Nam xả khoảng 800 tấn rác nhựa

ra môi trường Đến nay, con số đó là 2.500 tấn /ngày và có thể còn hơn

1.2 Thực trạng trên thế giới

Ngành công nghiệp bao bì toàn cầu dự kiến sẽ đạt hơn 1 nghìn tỷ đô la Mỹ vào năm

2020, được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng của người tiêu dùng trong ngành công nghiệp mới nổi tìm kiếm sự an toàn và tiện lợi của hàng hóa đóng gói, cũng như kỳ vọng của người tiêu

dùng trong ngành công nghiệp phát triển về an toàn, tính di động, tiện lợi và sản phẩm sự tươi mát

Do các tính năng hữu ích khác nhau đi kèm, ngay từ việc dễ dàng xử lý, lưu trữ và thuận tiện đến kinh tế về tiết kiệm chi phí, bao bì linh hoạt chắc chắn đã tạo được vị thế vững chắc cho chính nó và được coi là một phân khúc chính thúc đẩy sự tăng trưởng của ngành công nghiệp bao bì nói chung trên thế giới

II Nội Dung

1 Quá trình sản xuất bao bì và các loại polymer chủ yếu được sử dụng trong bao bì.

1.1 Quy trình sản xuất bao bì nhựa pp

Bước 1: Tạo sợi PP: Hạt nhựa PP được nạp vào phễu chứa của bộ thiết bị tạo sợi, nhờ máy hút đưa vào máy đùn, gia nhiệt nóng chảy, trục vít đùn nhựa lỏng ra miệng khuôn

có chiều dài, chiều dày điều chỉnh theo yêu cầu, màng nhựa hình thành qua bể nước làm lạnh định hình, màng đi vào trục dao xẻ thành sợi có chiều rộng theo yêu cầu (2-3 mm) , sợi trải qua bộ phận gia nhiệt để ổn định sợi rồi đến máy cuốn sợi

Bước 2: Trong quá trình tạo sợi, các phế phẩm sợi, bavia của màng nhựa được thu hồi kiểu hút, cắt đập nhỏ đưa trở lại máy đùn

Bước 3: Dệt tấm vải PP: Các cuộn sợi PP được đưa vào máy dệt tròn 04 thoi dệt thành ống vải PP, nhờ dao xẻ thành mành vải PP qua cơ cấu cuốn thành cuộn vải PP

Bước 4: Tráng màng vải PP: Cuộn vải PP được xe nâng vận chuyển lắp lên máy tráng màng, tấm vải PP được tráng lớp nhựa PP dày 30 để tăng liên kết của sợi vải chống ẩm

Bước 5: Hệ thống tạo ống bao: Cuộn vải PP đã được tráng màng và cuộn giấy Kraft được đưa đến hệ thống tạo ống bao Tại đây vải PP được in nhãn hiệu sau đó lồng vào cùng băng giấy Kraft dán thành ống, qua hệ thống dao cắt ống và van thành ống bao qua băng chuyền đưa ra ngoài

Bước 6: Dàn máy may đầu, đóng bao: ống bao đuợc đưa đến cấp đều cho hệ thống gập van tự động và đến máy may đầu, đóng bao cùng đồng thời qua hệ thống băng xích có vấu Sản phẩm bao bì hoàn thành theo băng tải ra đóng kiện

Bước 7: Đóng kiện bao: Sản phẩm bao bì được kiểm tra, ép bó xếp lên kiện được xe nâng hàng chuyển về kho chứa

Sơ đồ quy trình sản xuất bao bì PP

Hình 1: Sơ đồ quy trình sản xuất bao bì PP 1.2 Các loại polymer chủ yếu được sử dụng trong bao bì.

1.2.1 Polyethylenes

Đây là 1 trong những polymer được tiêu thụ rộng rãi, linh họat và hiệu quả kinh tế nhất cho các ứng dụng bao bì nhựa Với tất cả các hình thức như khuôn đúc, thổi, ghép với giấy, bao dệt, foil nhôm và các loại màng ngăn cản như PET, BOPP, Nylon

Polyethylene được phân loại theo tỷ trọng:

Tỉ trọng thấp (low density): 0.91 – 0.94 g/cc

Tỉ trọng cao (high density): 0.94 – 0.965 g/cc

Polyethylene tỉ trọng thấp, mạch thẳng (Bao bì nhựa LLDPE):

LLDPE có thể ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực của LDPE Và nó cải thiện hơn về

độ bền đứt, khả năng chịu va đập, đâm thủng, xé rách

Đặc biệt là LLDPE được sử dụng thổi hay đúc màng kéo giãn – quấn dính và các túi đựng tải trọng nặng Màng LLDPE cũng được sử dụng cho các túi tã, thực phẩm, túi

shoping, …

Hình 2: Màng PE, màng HDPE

Polyethylen tỉ trọng cao (HDPE):

Polyethylen tỉ trọng cao được sản xuất bằng cách đồng trùng hợp ethylen ở áp suất thấp HDPE có điểm kết tinh cao, kháng ẩm tốt, ngăn cản hơi nước tốt Do đó HDPE được

ưa chuộng trong nhiều ứng dụng bao bì nhựa

1.2.2 Polypropylene (Bao bì nhựa PP):

PP được sản xuất bằng cách cho monomer propylen dưới điều kiện được kiểm soát của nhiệt độ và áp suất, có mặt xúc tác organo-metallic

PP có tỉ trọng thấp (0.9), so sánh với LDPE, HDPE có tỉ trọng cao hơn (0.91 – 0.965) thì nó có độ cứng và độ nóng chảy thấp hơn đáng kể Tính chất cứng và dễ định hướng làm PP trở thành vật liệu được ưa thích nhất cho các màng kéo căng (MOPP,

BOPP), các ứng dụng chai, hộp và các bao bì rót nhiệt độ cao và tiệt trùng

1.2.3 Polyethylene Terephthalate (Bao bì nhựa PET)

PET là polymer trong suốt cao PET có thể kéo giãn 2 chiều, độ bền cao Khả năng ngăn cản tốt và dễ gia công Sử dụng rất kinh tế trong các ứng dụng thổi đúc chai nước giải khát, màng định hướng 2 chiều cho nhiều loại bao bì nhựa khác

Hình 3: PET – Chai nhựa PET

Ứng dụng chính:

 Chai nước giải khát

 Hộp đóng gói thực phẩm có yêu cầu rót nhiệt độ cao

 Tất cả các loại thực phẩm

 Khay chịu nhiệt

 Màng mạ cho yêu cầu ngăn cản cao

 Sử dụng để ghép các tấm và màng PET vô định hình không định hướng được sử dụng làm các khay, hộp, vỉ và cốc

1.2.4 Polyvinyl Chloride (Bao bì nhựa PVC):

PVC được xem là vật liệu linh hoạt nhất Do khả năng phối trộn để tạo ra sản phẩm mong muốn rất tốt PVC cân bằng các tính chất vật liệu và cả chi phí một cách hiệu quả

PVC có thể được gia công bằng tất cả Phương pháp thông thường

Ứng dụng chính:

 Màng bao bọc

 Màng co

 Bao bì dạng vỉ

 Sản phẩm chịu nhiệt

 Chai nước khoáng

 Nhãn nhạy nhiệt …

1.2.5 Polystyrene (PS):

Polystyrene là polymer vô định hình PS được tạo ra từ việc trùng hợp styrene monomer Nó trong suốt, không màu với các tính chất quang học tuyệt vời, độ cứng cao Điều này thay đổi khi cải thiện tính chất va đập bằng cách thêm styrene butadien rubber để sản xuất High Impact Polystyrene (HIPS) Loại này ứng dụng rộng rãi để sản xuất các cốc chịu nhiệt, khay cho nước giải khát, thực phẩm

Nylon hay polyamides (PA)

Nylon kết hợp nhiều tính chất bao gồm: độ bền cao (ngay cả ở nhiệt cao), độ dai (ở nhiệt thấp), độ cứng, khả năng chịu hóa chất, khả năng ngăn cản tốt PA còn có tính chất dẻo, trong, kháng mài mòn tốt Bảo quản sản phẩm tốt ở nhiệt độ lạnh lên đến -150oC

PA thường kết hợp với lớp PE( Polyetylen) để tạo thành bao bì nhựa phức hợp PA/PE PE mềm, dẻo dai, rất tốt trong việc hàn dán đóng gói sản phẩm PE có khả năng chịu va đập tốt nhưng khả năng chịu lạnh thì thấp hơn so với màng PA

Hình 4 Bao bì 2 lớp

Với việc kết hợp 2 lớp này lại với nhau tạo thành một sản phẩm bao bì hoàn hảo PA/PE sử dụng đóng gói sản phẩm trong các lĩnh vực như bao bì thuỷ sản Các sản phẩm cần để ở nhiệt độ lạnh âm -150oC Bao bì nhựa PA/PE hút chân không tốt, dùng cho các sản phẩm như trà, cà phê và các sản phẩm cao cấp khác

1.2.6 Ethylene acid copolymer (EAC):

EAC có độ bền chảy cao và dính được trên màng phân cực

Màng EAC được sử dụng cho bao bì đựng thịt, phô mai, snack, dược phẩm, và sử dụng làm màng ghép

Nó cũng được sử dụng trong ghép đùn cho bao bì thực phẩm, gia vị, hộp vô trùng, ống kem đánh răng

1.2.7 Ethylene Ethyl Acrylate (EEA):

EEA là copolymer random của ethylene và ethy acrylate Thuộc loại dai nhất, mềm dẻo nhất của các nhựa polyolefin So với LDPE, EEA có tính kháng rạn nứt, va đập tốt hơn

Copolymer EEA tương thích với tất cả polymer olefin Chúng được sử dụng như lớp nhựa dính trong màng đa lớp cũng như được trộn với polymer khác để cải thiện độ dai, nhiệt độ thấp và kháng rạn nứt

1.2.8 Ethylene Vinyl Acetate (EVA):

EVA là copolymer với hàm lượng Vivyl Acetate từ 5 – 50% EVA được nhận biết qua độ dẻo và độ dai ngay cả ở nhiệt độ thấp EVA có đặc tính bám dính và khả năng kháng rạn nứt

Ứng dụng của màng EVA:

 Bao bì thịt

 Bao bì thịt gia cầm

 Hộp ngũ cốc

 Túi tải trọng nặng

 Bag in-box

 EVA cũng sử dụng đùn trên màng Cellophane, PET, PP cho các màng gói pho mát, dược phẩm

1.2.9 Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer (EVOH)

Copolymer EVOH có bản chất kết tinh cao với khả năng ngăn cản khí tốt EVOH được sử dụng trong các bao bì cần giữ mùi, hương và duy trì chất lượng Do EVOH ngăn cản sự thâm nhập của oxy vào bao bì rất tốt Trong hệ thống đóng gói bao bì có điều biến khí, EVOH rất hiệu quả trong việc giữ carbon dioxide hoặc nitrogen trong bao bì

EVOH chịu được dầu, dung môi hữu cơ và khả năng ngăn cản rất cao Cấu trúc có lớp, EVOH được sử dụng trong bao bì mềm và cứng cho tất cả các loại thực phẩm bao gồm: vô trùng, rót nóng, chưng cất (nước chấm, xốt cà chua, nước ép, thịt, pho mát, …)

2 Các vấn đề môi trường liên quan đến sử dụng polymer trong sản xuất bao bì.

Trong những năm 1960 - 1970, người ta nhận ra rằng, môi trường đang bị hủy hoại bởi những hoạt động tạo ra các sản phẩm mới của chính mình Cụ thể, các vật liệu polymer

từ hóa dầu đã làm cho con người tiến xa về phía trước, nhưng người ta cũng đã nhận thấy rằng, các loại vật liệu này là mối nguy hại tiềm ẩn cho môi trường sinh thái vì nó không thể

tự phân hủy Chỉ có những tác động về cơ học và nhiệt mới có thể phá hủy nó, nhưng lại tạo ra nhiều chất độc hại hơn và đòi hỏi chi phí khổng lồ, vượt qua cả giá thành tạo ra chúng

Đặc biệt, đầu thế kỷ 21, dân số thế giới khoảng 6 tỷ người và dự báo trong vòng 50

uống, năng lượng phải tăng lên một cách đáng kể, mà ngay cả rác thải cũng là một vấn nạn chưa có cách giải quyết Trong hàng tỷ tấn rác thải trên toàn cầu, một lượng lớn rác thải có nguồn gốc polymer không phân hủy được

Hình 5: Bãi rác thải lớn nhất thế giới tại Ấn Độ

Ngoài ra, hàng năm còn có khoảng 150 triệu tấn polymer được sản xuất để phục vụ nhu cầu của con người và số đó ngày càng tăng theo đà tăng dân số và đời sống Song song với điều đó, số lượng rác từ các sản phẩm này cũng tăng lên đáng kể, đó sẽ là thách thức lớn cho môi trường của trái đất Chính vì thế, việc nghiên cứu và sản xuất polymer phân hủy sinh học trong giai đoạn hiện nay là mối quan tâm của toàn thể nhân loại và hết sức cần thiết nhằm giúp giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường do ảnh hưởng của các sản phẩm polymer tạo ra từ hóa dầu trước đây để lại

Theo thống kê của Bộ Tài nguyên - Môi trường, trung bình mỗi ngày, một người tiêu dùng sử dụng ít nhất một túi ni lông Như vậy, với dân số hơn 80 triệu người, mỗi ngày nước ta phải tiêu thụ hơn 80 triệu túi ni lông và con số này ngày càng tăng theo đà tăng dân

số Song song với đó, số lượng rác thải cũng tăng lên không ngừng Đây là một thách thức lớn cho môi trường Bởi vì phải mất một thời gian rất lâu, có thể 500 năm, thậm chí 1 triệu năm, những túi ni lông này mới có thể phân hủy được

Trước thực trạng này, cần phải có những dạng vật liệu tương ứng tính năng của polymer truyền thống để thay thế Đó chính là polymer có khả năng phân hủy sinh học mà khi gặp tác động của nước, không khí, nấm, vi khuẩn trong tự nhiên, các polymer này sẽ tự phân hủy thành những chất không có hại cho môi trường

Sự tiện dụng cao làm cho bao bì trở thành vật dụng thiết yếu trong sinh hoạt hàng ngày của mỗi người dân Giá thành, giá cả thấp không chỉ thúc đẩy sản xuất và tiêu dùng

mà còn làm cho việc hạn chế, giảm thiểu, thu gom, sử dụng lại và tái chế sản phẩm này ít mang ý nghĩa về kinh tế, không có động cơ thúc đẩy Các giải pháp công nghệ được đề xuất, kể cả các sản phẩm thay thế sử dụng sản phẩm bao bì khó phân hủy bằng loại túi thân thiện với môi trường cùng các cuộc vận động “nói không với sản phẩm nhựa không phân hủy” do các cơ quan quản lý môi trường, các tổ chức xã hội, thậm chí cả các doanh nghiệp nhưng vẫn không làm cho sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm bao bì không phân hủy giảm

đi mà trái lại, chúng vẫn gia tăng, môi trường hàng ngày vẫn phải nhận thêm chất thải Một thực trạng rất đáng lưu ý là phần lớn người dân, kể cả nhiều nhà sản xuất và phân phối đều đồng tình, ủng hộ việc hạn chế sử dụng bao bì khó phân hủy trong đời sống xã hội Như vậy, vấn đề chất thải bao bì không phân hủy ở nước ta hiện đang được quan tâm của các bên liên quan với nhận thức khá tốt và khá rõ trong xã hội về tác hại và tính cấp thiết phải quản lý và xử lý chúng

3 Tiềm năng của polymer phân hủy sinh học trong lĩnh vực bao bì.

Polyme phân hủy sinh học là polyme có khả năng phân hủy thành CO2, CH4, nước, các hợp chất vô cơ, sinh khối dưới tác dụng enzyme của vi sinh vật mà không để lại bất kỳ chất nào có thể gây hại cho môi trường Khi polymer phân hủy sinh học, chúng phụ thuộc vào các điều kiện ngoại cảnh tương ứng có thể kỵ khí hoặc hiếu khí

-Cơ chế chung của sự phân hủy sinh học nhựa dưới điều kiện ưa khí

Phân hủy sinh học hiếu khí:

CPOLYMER + O2 CO2 + H2O + Ccòn lại + Csinh khối

Phân hủy sinh học kỵ khí:

CPOLYMER CO2 + CH4 + H2O + Ccòn lại + Csinh hồi

Việt Nam là nước đang phát triển thị trường rộng mở được nhiều doanh nghiệp nước ngoài nhắm tới đầu tư Cùng với việc gia nhập các tổ chức thương mại thế giới làm cho thị trường nước ta trở nên đa dạng hơn khi có nhiều mặt hàng được nhập khẩu gây ra nhiều cạnh tranh với mặt hàng nội địa

Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam đang phát triển rất mạnh, sản phẩm cuối đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu Lượng nhựa nguyên sinh sử dụng ở Việt Nam rất lớn, sản xuất nhiều sản phẩm đa dạng, từ dân dụng cho đến công nghiệp Ước tính, với sản lượng tiêu thụ nhựa bình quân mỗi người là 63kg, tổng sản lượng nhựa tiêu thụ Việt Nam năm 2019 khoảng 6 triệu tấn trong đó chỉ khoảng 10% được tái chế [11, 13]