4. Phương pháp nghiên cứu
1.2.1.1.Các polyme có nguồn gốc tự nhiên
Như đã biết, vi sinh vật không có khả năng tương tác lên polyolefin nguyên sinh. Tuy nhiên, tổ hợp polyme phân hủy sinh học tạo thành từ tinh bột với các polyme trơ như PE thu hút được nhiều sự quan tâm nhờ các ứng dụng thiết thực của nó trong một số lĩnh vực. Trong môi trường, với sự có mặt của vi sinh vật, các hạt tinh bột trên bề mặt và cả bên trong vật liệu sẽ bị thủy phân, biến mất hoàn toàn và để lại các lỗ xốp rỗng, làm tăng tỷ lệ diện tích tiếp xúc trên một đơn vị thể tích. Sự có mặt của tinh bột trong hỗn hợp blend sẽ tác động tới đặc tính của các polyolefin dưới thời tiết tự nhiên và sẽ hoạt động như một chất khơi mào cho quá trình phân hủy oxi hóa của chúng bởi nhiệt, quang và vi khuẩn. Với hàm lượng tinh bột thích hợp, khi tổ hợp PE tinh bột bị phân hủy, vật liệu sẽ mất đi tính liên tục, độ bền giảm một cách đáng kể. Tỷ lệ và mức độ phá hủy polyme phụ thuộc vào ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và môi trường tiếp xúc. Lỗ hổng hình thành làm tăng sự di cư của oxi, các chất có khả năng phản ứng vào mạng lưới [15 và sẽ hoạt động như một chất khơi mào cho quá trình phân hủy oxi hóa của chúng bằng nhiệt, ánh sáng và vi khuẩn [20].
Sự kết hợp của nhựa polyme tự nhiên là một chiến lược để tăng khả năng phân hủy sinh học. Các polyme tự nhiên bao gồm tinh bột, xenlulozơ, chitin…, phần trăm của polyme tự nhiên thêm vào ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của polyme tổng hợp. Tuổi thọ của các blend giảm khi tăng tỷ lệ polyme tự nhiên. Các đặc tính cuối cùng của blend phụ thuộc vào [20].
- Loại và lượng vật liệu polyme thêm vào. - Hình thái học bề mặt của chúng.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 17 K36B – Hoá học
- Tương tác giữa vật liệu kết hợp và polyme. - Hàm lượng tinh thể tự nhiên của polyme.
- Điều kiện chuẩn bị và điều kiện thực hiện quá trình trộn hợp.
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme phân hủy sinh học trên cơ sở phối trộn LDPE với tinh bột và các polyme tự nhiên khác. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng phân hủy của các blend polypropylen tinh bột hoặc PP xenlulozơ dễ dàng hơn do các vi sinh vật dễ dàng phá hủy tinh bột hoặc xenlulozơ bên cạnh polyme. Những cacbohydrat này hoặc các chất độn tăng khả năng kết dính của các vi sinh vật tới bề mặt polyme. Các tính chất cơ học, tính lưu biến của các blend polyme với tinh bột tự nhiên nhạy đối với sự phá hủy phụ thuộc vào hàm lượng, tính chất của tinh bột, loại và nồng độ các phụ gia thêm vào nhựa [14].
Chi-Yuan Huang cùng cộng sự [8] đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các chất tương hợp lên khả năng phân hủy sinh học của blend LDPE tinh bột. LDPE được trùng hợp ghép với hai loại chất tương hợp maleic anhydrit (MA) và acrylic axit (AAc). Hai hỗn hợp (MA-g-LDPE) và (AAc-g-LDPE) được xử lý plasma bằng khí argon trước khi tạo blend với tinh bột. Mức độ trùng hợp ghép của MA-g-PLDPE và AAc-g-PLDPE là 1,90 × 10-4mol g và 2,5 × 10-4mol g. Phần trăm khối lượng của tinh bột, glycerol (GA) và MA-g- PLDPE (hoặc AAc-g-PLDPE) là 62,5 , 1 ,75 và 18,75 . Nhưng ảnh hưởng của các chất tương hợp khác nhau, lượng và cách thức trộn hợp khác nhau đến các blend được nghiên cứu. Có bốn mẫu được nghiên cứu, mẫu A 0,125 phần MA, được thêm vào GA ở 700C trong 30 phút trước khi tạo blend. Với mẫu B được trộn hợp trong GA trước khi tạo blend. Mẫu C tất cả các thành phần được trộn hợp trước khi tạo blend. Mẫu D AAc-g-PLDPE, các thành phần thêm vào và điều kiện trộn hợp tương tự như mẫu C. Khi phân tích độ bền cơ học, mẫu A không có lợi về tính chất cơ học, tuy nhiên chỉ số
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thị Luyến 18 K36B – Hoá học
chảy của mẫu A cao hơn các mẫu khác. Sau khi thử nghiệm phân hủy sinh học 2 tuần, sự suy giảm khối lượng của tất cả các mẫu đều trên 5 . Sự suy giảm khối lượng của mẫu A cao hơn các mẫu khác. Từ kết quả chụp ảnh SEM cho thấy khoảng trống trong PE xuất hiện là do sự xuất hiện của các pha tinh bột, khoảng trống này giảm khi tăng hàm lượng MA-g-PLDPE điều này là do MA-g-PLDPE làm tăng khả năng cạnh tranh giữa LDPE và tinh bột.
Nakamura cùng cộng sự [9] đã nghiên cứu khả năng phân hủy của hỗn hợp blend LDPE tinh bột. Các tác giả đã tiến hành khảo sát khả năng phân hủy sinh học của các blend giữa LDPE và các loại tinh bột khác nhau (như tinh bột tự nhiên, tinh bột sắn, tinh bột axetyl hóa, tinh bột adipat hóa) với mục đích giảm thiểu lượng nhựa thải ra môi trường. Hàm lượng các loại tinh bột trong mẫu là 5, 10, 20 khối lượng; hàm lượng phụ gia dầu thực vật và canxi stearat là 1 khối lượng. Tinh bột được trộn hợp với LDPE trên thiết bị chuyên dụng để đảm bảo sự đồng nhất các thành phần. Mẫu được ngâm trong bùn hoạt tính một tháng sau đó được lấy ra rửa sạch, sấy khô và phân tích tính chất cơ học và hình thái học bề mặt. Đặc trưng của các hợp chất được xác định bằng các phương pháp phân tích cơ học, hình thái học và khả năng phân hủy sinh học trong bùn hoạt tính. Kết quả cho thấy sự tăng hàm lượng tinh bột sẽ làm giảm các tính chất cơ học trong LDPE nguyên sinh. Điều này có thể do tinh bột làm giảm sự linh hoạt của mạch. Mặc dù hầu hết tinh bột bị tiêu thụ nhưng cấu trúc của polyme không thay đổi. Các mẫu chứa tinh bột adipate và tinh bột sắn kiểm tra tính chất cơ lý và phân hủy sinh học tốt hơn do sự kết dính giữa bề mặt tinh bột và LDPE tốt hơn các loại tinh bột khác.