Biến tính nguyên liệu thân thiện với môi trường sản xuất vật liệu thay thế nhựa và nilon 1

CHƯƠNG I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chất dẻo, hay gọi nhựa mủ, hợp chất cao phân tử, dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng đời sống ngày là: áo mưa, ống dẫn điện sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống đại người Chúng vật liệu có khả bị biến dạng chịu tác dụng nhiệt, áp suất giữ biến dạng thơi tác dụng Chất dẻo cịn sử dụng rộng rãi để thay cho sản phẩm làm bằng: vải, gỗ, da, kim loại, thủy tinh Vì chúng bền, nhẹ, khó vỡ, nhiều màu sắc đẹp Chất dẻo thường chất tổng hợp có nguồn gốc từ sản phẩm hóa dầu Nhưng người phải đối diện với vấn nạn cấp bách nhiễm chất dẻo ảnh hưởng khơng mơi trường mà cịn sức khỏe người Trong ni lơng có chứa thành phần gây hại đến môi trường như: polyetylen (PE), polypropilen (PP), chất hóa dẻo, phẩm màu Một số loại túi nilon làm từ chất dẻo polyvinyl có phân tử đơn lẻ polyvinyl có khả gây ung thư chất clohydric gây tác hại cho não ung thư phổi Bởi bao ni lơng thời gian lâu để phân hủy mặt đất nên chúng ngăn cản nước ngầm lịng đất, ngun nhân việc ô nhiễm đất nguồn nước Trong vài thập kỷ qua, giới có gia tăng đáng kể việc sử dụng vật liệu Vật liệu polyme phân hủy sinh học (Biopolyme) Vật liệu polyme phân hủy sinh học giải pháp quan trọng việc làm giảm lượng chất thải rắn polyme vốn khó phân hủy mơi trường Tuy ứng dụng thành công thực tế sản phẩm polyme phân hủy sinh học chưa phổ biến rộng rãi Vật liệu polyme phân hủy sinh học chế tạo từ số nhựa LDPE (polyethylene tỷ trọng thấp) tinh bột, đặc biệt tinh bột sắn Tất chất cấu thành nhựa hạt phân hủy hay gọi mầm phân hủy Song phương pháp tổng hợp Biopolyme công nghiệp nghiên cứu phức tạp quy trình địi hỏi cao thiết bị sản xuất, giá thành vật liệu polime phân hủy sinh học cao chưa sử dụng rộng rãi Với hiểu biết lợi địa phương với kiên cứu kĩ lưỡng Biopolyme môi trường, chúng em suy nghĩ đến việc sản xuất loại vật liệu phân hủy sinh học thay vật liệu polyme khó phân hủy từ việc sử dụng nguyên liệu có sẵn địa phương tinh bột sắn nguyên liệu thân thiện với môi trường xơ dừa, xơ mía, loại xơ sợi khác (hiện loại rác hữu chưa tái sử dụng) Điều đưa phương án quy trình sản xuất đơn giản, có hiệu kinh tế cao sản phẩm đạt tính chất vật liệu polyme thơng thường Từ lí chúng em lựa chọn đề tài “Biến tính ngun liệu thân thiện với mơi trường sản xuất vật liệu thay nhựa nilon” để nghiên cứu 1.2 Tình hình nghiên cứu vấn đề 1.2.1 Tình hình nghiên cứu vấn đề giới Hiện nước phát triển giới chuyển qua sử dụng loại túi ni lơng tự hủy, có nhiều nghiên cứu loại túi ni lông tự hủy nhược điểm giá thành cao, khó thích hợp thay thói quen sinh hoạt người Việt Nam Ngoài sản phẩm giấy từ xơ dừa tinh bột sắn quan tâm nghiên cứu đưa vào sử dụng với phương pháp sản xuất phức tạp, giá thành cao tính ứng dụng chưa nhiều 1.2.2 Tình hình nghiên cứu vấn đề Việt Nam Ở Việt Nam có 30 doanh nghiệp có giấy chứng nhận thân thiện môi trường đa số dùng để xuất nguyên liệu phải nhập từ nước Nên việc nghiên cứu đề tài liên quan đến bao ni lơng phục vụ cho nước cịn hạn chế 1.3 Câu hỏi nghiên cứu, vấn đề nghiên cứu, giả thiết khoa học 1.3.1 Câu hỏi nghiên cứu: * Tác hại rác thải nhựa, ni lông? Đối với sức khỏe người: Gây ung thư, gây ảnh hưởng xấu đến phát triển não trẻ làm thay đổi mô, lỗi nhiễm sắc thể, sẩy thai , dị tật bẩm sinh, dậy sớm, thay đổi nội tiết tố nhiều hệ luỵ khác cho sức khoẻ người, tác động làm não chậm phát triển, gây viêm gan, rối loạn nội tiết vô sinh,… Đối với môi trường: Rác thải nhựa, túi ni-lông chôn lấp lẫn vào đất tồn hàng trăm năm, làm thay đổi tính chất vật lý đất gây xói mịn đất, làm cho đất khơng giữ nước, dinh dưỡng, ngăn cản ôxy qua đất ảnh hưởng đến sinh trưởng trồng Nếu túi ni-lông bị vứt xuống ao, hồ, sơng ngịi làm tắc nghẽn cống, rãnh, kênh, rạch, gây ứ đọng nước thải ngập úng dẫn đến sản sinh nhiều vi khuẩn gây bệnh, tổn hại đến loài thuỷ sinh vật, đặc biệt cá Rác thải nhựa thải đại dương gây chết sinh vật biển bị vướng phải ăn phải mảnh nhựa, túi ni-lông… Sự gia tăng lượng rác thải biển nguy phá vỡ môi trường tự nhiên, ảnh hưởng nặng nề đến hệ sinh thái biển * Tinh bột có thành phần tính chất để làm cho sản phẩm? Ngăn chặn giảm thấp chất tạo bột, đông đặc rỉ nước Cải tạo ổn định q trình đơng đặc Làm tan, cải thiện khả giữ nước Hạ thấp nhiệt độ đông keo tinh bột Tăng độ sánh suốt giúp cải thiện bề mặt láng bóng cho sản phẩm Các ngun liệu thay thế: xơ dừa, xơ mía có cấu trúc tác dụng mơi trường? * Cách biến tính xơ dừa để tạo nguyên liệu sản xuất? Xơ dừa biến tính phương pháp giai đoạn với dung dịch H2SO4 0,2% giờ, tỷ lệ xơ dừa/dung dịch H2SO4 0,2% = 1/100 (g/ml) dung dịch (NaOH 1N + 5% H2O2) tỷ lệ xơ dừa/dung dịch = 1/50 (g/ml) nhiệt độ phòng, thời gian 72 cho % chất bị tách loại 49,2%; 70 oC thời gian 16 % chất bị tách loại đạt đến 55,3% Xơ dừa rửa sạch, làm mềm xay nghiền * Tỉ lệ phối liệu? * Cách sản xuất nhựa, ni lông từ nguyên liệu nghiên cứu? 1.3.2 Vấn đề nghiên cứu: Nghiên cứu tổng quan phối liệu - Tinh bột - Xơ dừa: - Agar - Gelatin Nghiên cứu cách biến tính xơ dừa, xơ mía Nghiên cứu cách sản xuất nhựa ni lông từ nguyên liệu Nghiên cứu tỉ lệ phối liệu Nghiên cứu hiệu kinh tế sản phẩm Nghiên cứu tác dụng sản phẩm môi trường 1.3.3 Giả thiết khoa học: 1.3.3.1 Thực trạng: Ô nhiễm môi trường rác thải nhựa: Theo Hiệp hội Nhựa Việt Nam, tháng, riêng Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh, có tới 25.000 bao xốp tiêu thụ, 80% xử lý dạng chơn lấp, phần cịn lại xử lý quay vịng theo dạng tái chế… Theo thống kê, bình qn sử dụng nhựa Việt Nam khoảng 45kg/người, thấp nhiều so với 150 kg/đầu người Thái Lan, hay 200 kg/đầu người Nhật Nhưng dù có mức sử dụng thấp số nước lớn, Việt Nam quốc gia xả rác thải nhựa hàng đầu giới Ước tính có 1,8 triệu chất thải nhựa tạo Việt Nam/năm, lượng nhựa tiêu thụ ước tăng 16-18%/năm Theo Vụ Quản lý chất thải (Tổng cục Mơi trường), trung bình khoảng 10% chất thải nhựa, túi nylon dùng lần không tái sử dụng, lượng chất thải nhựa từ sản phẩm sử dụng lần lên tới 2,5 triệu năm 1.3.3.2 Vật liệu thay thế: Vì có nhiều sản phẩm từ nhựa ni lơng sử dụng? Bởi giá thành rẻ, có cấu trúc bền vững không thấm nước Mặc dù giới thị trường Việt Nam có bao ni lơng hay nhựa tự hủy giá đắt thành phần có chất độc hại polyeste, khoảng 40-50% hạt vi nhựa Ngoài ra, thời gian phân hủy bao ni lông tự hủy dù ngắn bao ni lông thường cần nhiều thời gian phải tùy thuộc vào điều kiện mơi trường có thuận lợi hay không a Tinh bột: Cấu trúc: tinh bột hỗn hợp hai loại polisaccarit : amilozơ amilopectin, amilozơ chiếm 20 – 30 % khối lượng tinh bột; có xảy phản ứng thủy phân với axit vô enzim Tác dụng: chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu giấy không tro, sản phẩm tã giấy cho trẻ em dùng làm màng plastic phân huỷ sinh học b Xơ dừa: vỏ trái dừa xé ra, phần vỏ dạng khơ thường có màu nâu vàng Xơ dừa thấm nước, có cấu trúc bền vững phù hợp với tính bền ni lơng; có độ nhẹ độ dai định, chịu sức nặng Chứa 67.8% mùn, 0.294% N, 0.064% P2O5, 0.063% K2O, 5.07% pH – H2O, 4.42% pH-KCl, tỉ trọng (d) 1.266 Thành phần xơ dừa sau rửa sấy khô gồm: Xenlulo: khoảng 45-55% Hemicellulose: khoảng 20-25% Lignin: khoảng 18-24 % Tro: 1-4% Sáp : Sản phẩm không bị tác động điều kiện môi trường thời gian xác định (không bị mốc, ẩm hay phân hủy) 3.5 Đánh giá khả chống nước Nhóm nghiên cứu tiến hành thử độ chống thầm nước sản phẩm cách Ngâm sản phẩm nước để điều kiện thường Nhiệt độ: 25oC Thời gian: ngày => Sản phẩm có khả chống thầm nước khoảng thời gian quy định (không bị rã nước, giữ nguyên trạng thái ban đầu) 3.6 Đánh giá hiệu kinh tế Để thu 150g sản phẩm nguyên liệu sản xuất nhựa thân thiện môi trường cần Khối lượng Giá thành Tinh bột 80g 1.000 đồng Agar 10g 400 đồng Gelatin 20g 3.600 đồng Xơ dừa 50 g đồng Tổng cộng 5.000 đồng So sánh giá thị trường (Túi aneco, quy cách 1kg – 160.000): => 150g = 24.000 đồng 13 => sản phẩm đạt hiệu kinh tế cao CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1.1 Quá trình biến tính tinh bột - Q trình biến tính tinh bột đạt hiệu tối ưu pH = khuấy gia nhiệt 80oC - Tinh bột sau biến tính có độ dẻo kết dính tốt hơn, nhiên có khả bị thấm nước 1.2 Q trình biến tính xơ dừa - Cấu trúc xenlulozo tạo thành từ q trình biến tính có tính chất nhẹ, mềm mại dai 1.3 Tác dụng agar gelatin - Đây hai phối liệu sử dụng thực phẩm cho vào để tăng khả tạo màng cho sản phẩm, làm cho trình thành phẩm dễ dàng hơn, có tinh bột làm cho sản phẩm thu bị keo dính khơng khơ lại đóng rắn sản phẩm mong muốn, ngồi phối liệu an toàn cho sức khỏe 1.4 Đánh giá sản phẩm - Sản phẩm thu có hình thái bên ngồi sau: Màu sắc: Màu tự nhiên xơ dừa, khơng có chất tạo màu nên an tâm việc sử dụng Thành phần: Gồm phối liệu có tính an tồn cao, thân thiện với mơi trường dễ phân hủy có nguồn gốc từ tự nhiên Trạng thái: có độ dai, chịu lực, mỏng nhẹ - Về hiệu kinh tế: Giá thành sản phẩm rẻ - Quy trình sản xuất đơn giản triển khai quy mô lớn - Phạm vi áp dụng sản phẩm: Dùng làm nguyên liệu sản xuất bao nilon, vật liệu nhựa dẻo ốp điện thoại, chén, bát, màng bọc thực phẩm… KIẾN NGHỊ - Sản phẩm không giống 100% với bao ni lông bán thị trường thiếu máy móc kĩ thuật sản xuất mà sản xuất tay - Các thông số đánh giá khoa học độ bền, chống va đập, đàn hồi….cần thời gian lâu dài đòi hỏi kinh phí cao chưa thực - Hướng phát triển đề tài nhắm vào loại màng bọc thực phẩm, thay sản phẩm nhựa dẻo hay sản xuất số loại giấy chuyên dụng 14 Tài liệu tham khảo: Trần Lê – “Sự thật chất lượng túi nylon tự phân hủy sinh học” - 2018 Kim Đông Dương – “Thành phần hóa học ẩn chứa túi nilon, mối nguy hại lâu dài cho sức khỏe” – 2017 Túi nhựa – Wikipedia Tinh bột – Wikipedia Xơ dừa – Wikipedia Trung tâm đào tạo giáo dục NTIC - “Cấu tạo, tính chất, ứng dụng tinh bột xenlulozo” – 2018 M.Thảo – “Ô nhiễm rác thải nhựa” – 2017 Nguyễn Cao Hoài Thanh Lê Bùi Hương Như, “Chế tạo bao nilon tan từ bột rau câu Agar bột gelatin” – 2019 Marina Ramos *, Arantzazu Valdés, Ana Beltrán and María Carmen Garrigós - “Gelatin-Based Films and Coatings for Food Packaging Applications” - 2016 15 MỤC LỤC 16 ... trình sản xuất đơn giản, có hiệu kinh tế cao sản phẩm đạt tính chất vật liệu polyme thơng thường Từ lí chúng em lựa chọn đề tài ? ?Biến tính ngun liệu thân thiện với mơi trường sản xuất vật liệu thay. .. Phương pháp tổng hợp sản phẩm nhựa Xơ dừa biến tính 10 g Tinh bột biến tính 10 g Agar + Gelatin theo tỉ lệ định o Khuấy gia nhiệt 80 C 45 phút Sản phẩm nguyên liệu SX nhựa nilong 11 CHƯƠNG III KẾT... Nghiên cứu cách sản xuất nhựa ni lông từ nguyên liệu Nghiên cứu tỉ lệ phối liệu Nghiên cứu hiệu kinh tế sản phẩm Nghiên cứu tác dụng sản phẩm môi trường 1. 3.3 Giả thiết khoa học: 1. 3.3 .1 Thực trạng: