Phương pháp nghiên cứu

d. Các câu hỏi cần trả l ời và các đề nghị chỉnh sử a:

1.4.Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu

• Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu polyethylene phân huỷsinh học. • Ứng dụng vật liệu polyethylene phân huỷsinh học bao bì mềm

Nhóm nghiên cứu dựa vào các tài liệu có sẵn từtrong và ngoài nước. Trong quá trình nghiên cứu có tham khảo ý kiến của những giảng viên có kiến thức hay chuyên môn trong lĩnh vực nghiên cứu.

Trang 4

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀPOLYETHYLENE PHÂN HỦY SINH HỌC

VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ MỀM 2.1. Tổng quan công nghệ “xanh”

2.1.1. Tổng quan về polyethylene

Polyethylen là một loại nhựa nhiệt dẻo, màu trắng, hơi trong không dẫn điện, không dẫn nhiệt cũng như không cho không khí và nước thấm qua.

Hợp chất hữu cơ Polyetylen gồm nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với nhau bằng các liên kết no (hình 2.1), được điều chế bằng phản ứng trùng hợp monome etylen (C2H4).

Hình 2.1: Cấu trúc PE

Phân tử PE có cấu trúc mạch thẳng, ngoài ra nó cũng có mạch nhánh tùy thuộc vào loại PE (hình 2.2). Khi các mạch nhánh này càng nhiều và càng dài thì độ kết tinh càng kém. Những phần sắp xếp không trật tự trong PE sẽ nằm ở vùng vô định hình. Các mắt xích của PE rất ngắn, cỡ khoảng 2,33Å nên PE có khả năng kết tinh nhanh. Ở điều kiện nhiệt độ thường, độ kết tinh của PE ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất của PE như: tỷ trọng, độ cứng, mođun đàn hồi, độ bền kéo đứt, độ trương và khả năng hòa tan trong các dung môi hữu cơ. Dựa vào trọng lượng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh và cấu trúc, PE được phân loại như sau: PE tỷ trọng thấp (LDPE), PE tỷ trọng thấp mạch thẳng (LLDPE), PE tỷ trọng cao (HDPE), ngoài ra còn một số loại PE khác với công nghệ sản xuất phức tạp hơn và ít thông dụng hơn như: PE tỷ trọng rất thấp (VLDPE), PE tỷ trọng trung bình (MDPE), PE trọng lượng phân tử siêu cao (UHMWPE).Trong đó LDPE và HDPE được ứng dụng để sản xuất bao bì nhiều lớp.

Trang 5

Hình 2.2: Hình ảnh minh hoạ phân tử của các loại PE

2.1.2. Tính chất và ứng dụng PE

Polyetylen là polyme không bị hoà tan trong bất cứ loại dung môi nào ở nhiệt độ thường. Tuy nhiên khi ngâm trong các hydrocarbon thơm, hydrocarbon clo hoá, dầu khoáng và parafin trong một thời gian dài thì PE bị trương lên và giảm độ bền cơ học. Ở nhiệt độ trên 70oC, PE tan một phần trong một số dung môi như xylen, decalin,… Tính chất cơ học của PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và độ kết tinh của nó. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ cũng làm thay đổi một số tính chất cơ lý của sản phẩm như: kích thước và độ cứng. PE cũng rất nhạy cảm với bức xạ tử ngoại. Hiện tượng này chính là sự phân huỷ quang PE. Tương tự như parafin, PE bắt cháy chậm, cháy không khói. Trong môi trường không có oxy, PE bền tới 2900C. Ở nhiệt độ khoảng 290 ÷ 3500C PE bị phân huỷ thành sản phẩm phân tử khối nhỏ, bề ngoài tương tự như sáp. Ở nhiệt độ trên 3500C sản phẩm phân huỷ là polyme dạng lỏng và các sản phẩm khác như: buten, etylen, etan, hydro, oxit carbon, khí carbonnic và các chất khác. PE có năng lượng bề mặt thấp nên không thấm nước và các dung môi phân cực. Độ bám dính và khả năng hấp phụ của PE thấp, chính vì vậy, PE khó nhuộm mầu, khó kết dính bằng các chất kết dính phân cực.

HDPE trong suốt nhưng mức độ mờ đục cao hơn LDPE, độ bền cơ học, sức bền kéo và sức bền xé đều tương đối cao. Từ các ưu điểm như trên, HDPE có chức năng bảo vệ các lớp bên trong.

LDPE có mật độ thấp nên các tính chất của nó yếu hơn HDPE nhưng khả năng kháng hoá chất cao hơn. Đặc trưng của LDPE thể hiện ở tính kháng hoá tốt, không phản ứng với các axit loãng, bazo cũng như este. Phản ứng tương đối, đối với các hydro cacbon có nhiều chất béo, dầu khoáng, các chất oxy hoá. Vì tính kháng hoá

Trang 6

cao, chịu được các tác nhân hoá học cho nên LDPE được dùng để làm lớp tiếp xúc với thực phẩm có nhiều chất oxy hoá và chất béo như sữa, nước trái cây,…

Bảng 2.1: Tính chất LDPE và HDPE STT Nhựa PE Đặc tính Ứng dụng 1 LDPE - d = 0,915 – 0,935 g/cm3 - Tm: 105 – 1100C - Mạch hỗn độn chứa cả nhánh ngắn và dài

- Có độ bền cao khi nóng chảy - Có độ trong cao, mềm dẻo

- Cán màng

- Các loại túi và lớp lót khi không yêu cầu độ bền, bao bì thực phẩm, màng co...

2 HDPE

- d= 0.94 – 0.97 g/cm3 - Tm: 130 – 1350C

- Có ít hoặc không phân nhánh - Độ bền cơ học cao, độ cứng cao

- Có khả năng chịu nứt ứng suất tốt, chống thẩm thấu hơi tốt - Có khả năng chịu được va đập ở nhiệt độ thấp tốt hơn so với các loại vật liệu cứng khác - Màu trắng đục

- Túi siêu thị, túi đựng hàng tạp phẩm, lớp lót đựng ngũ cốc... - Ống dẫn

- Đồ đựng được

- Chai đựng được đúc thổi: chai, thùng, lọ đựng chất tẩy rửa, thực phẩm, hóa mỹ phẩm...

2.1.3. Tác động đối với môi trường (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Sử dụng bao bì PE tuy tiện lợi nhưng cũng là tác nhân gây ô nhiễm môi trường vì:

• Phân huỷ chậm có thể là không phân huỷ được

Trang 7

• Làm ùng tắc các rãnh lưu thông nước, rác thải PE trong đất khiến oxy khó xâm nhập vào làm cây trồng phát triển chậm.

• Không thể tái chế

• Ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người.

Không những thế quá trình sản xuất PE cũng ảnh hưởng rất nhiều đến hệ sinh thái.

Dầu thô là nguyên liệu chính để sản xuất polyethylen. Nó là nguồn tài nguyên tự nhiên nên dễ dàng khai thác, nhưng quá trình này thì gây thiệt hại rất nhiều đến môi trường xung quanh.

Đầu tiên, quá trình khoan dầu sẽ phá huỷ đất xung quanh gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái, con người và các sinh vật khác. Hệ quả tiếp theo là quá trình khai thác sẽ phát thải khí metan vào khí quyển. Theo “The Wilderness Society” thì khí metan trong khí tự nhiên có hại hơn so với carbon dioxide tới 84 lần, giữ nhiệt hơn, gia tăng sự nóng lên toàn cầu. Điều đáng lo ngại hơn nữa là 21% lượng khí thải, bao gồm cả khí metan, khi truy xuất thì có nguồn gốc từ dầu và khí đốt. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người cũng như động vật.

2.1.4. Sự phát triển của polyethylene “xanh”

PE tái tạo có các đặc tính của giống hệt với PE hoá dầu về tính chất vật lý và tính chất hoá học, không những thế các sản phẩm bao bì từ biopolyethylene có thể tái chế và ít ảnh hưởng đến môi trường

Braskem – công ty hoá dầu Brazil đã nghiên cứu và sản xuất ra loại polyethylene có nguồn gốc từ mía để có thể khắc phục những vấn đề mà polyethylene đang tồn tại.

Năm 2007, Brakem sản xuất các mẫu ethylene “xanh” đầu tiên từ ethanol mía và monome để sản xuất ra polyethylene “xanh”. Trong cùng năm Braskem cũng cho ra mắt thế giới sản phẩm polyetylen “xanh” được sản xuất 100% từ các tài nguyên tái tạo, được xác minh dựa trên tiêu chuẩn ASTM D6866 của phòng thí nghiệm Beta Analytic tại Hoa Kỳ.

Trang 8

Sau nhiều năm cống hiến cho nghiên cứu và phát triển, nhà máy ethylene “xanh” của Braskem đã được đưa vào vận hành vào tháng 9 năm 2010. Điều này đánh dấu sự khởi đầu của việc sản xuất Polyetylen “xanh” ở quy mô thương mại, đảm bảo vị trí dẫn đầu toàn cầu của công ty về nhựa sinh học. Nhà máy có năng lực sản xuất hàng năm là 200.000 tấn PE “xanh”.

Mặc dù LDPE đã được sản xuất trước đó nhưng đến năm 2013 LDPE “xanh” mới được braskem công bố. Mở ra một thị trường đầy tiềm năng sử dụng bao bì thân thiện với môi trường.

Polyethylene “xanh” là một loại nhựa được sản xuất từ mía, một nguyên liệu thô tái tạo, thu giữ và cố định CO2 từ khí quyển trong quá trình sản xuất, giúp giảm phát thải khí nhà kính. Trong khi polyetylen truyền thống sử dụng các nguyên liệu thô có nguồn gốc hóa thạch như dầu hoặc khí tự nhiên.

2.1.5. Đặc điểm

Polyethylene “xanh” tương tự như các loai PE thông thường. Có thể sản xuất bao bì bằng các quy trình công nghệ như PE.

Lợi ích mà Polyethylene xanh rất đáng kể, khắc phục những tồn tại của polyethylene thông thường

• Giảm phát thải khí nhà kính – mỗi tấn Polyetylen “xanh” được sản xuất và hấp thụ CO2 từ khí quyển giúp giảm phát thải khí nhà kính

• Có khả năng tái chế sau khi sử dụng

• Có thể phân hủy sinh học

• Khôn cần nhiều máy móc trong việc chuyển đổi nhựa

2.2. Công nghệ in

2.2.1. Ống đồng 2.2.1.1. Nguyên lý 2.2.1.1. Nguyên lý

Trong phương pháp in ống đồng, các phần tử in sẽ thấp hơn bề mặt không in. Các phân tử in sẽ được lấp đầy mực và lượng mực dư được loại bỏ khỏi bề mặt không in bằng dao gạt mực. Sau đó, trục cao su được ép vào bản in để chuyển mực lên trên nó. Ống đồng là quá trình sử dụng nguyên tắc intaglio (in lõm). Đường truyền mực

Trang 9

của phương pháp in lõm ngắn nhất vì bản in tiếp xúc trực tiếp và quay trong một bể chứa mực, mực thừa sẽ được dao gạt mực loại bỏ nhưng sẽ để lại mực tại các phân tử in trên bản in. Đặc điểm để tạo nên yếu tố hình ảnh trong công nghệ in ống đồng là các phần tử in thì được khắc vào bề mặt của trục. Mực in chuyển từ các phân tử in đến vật liệu in bằng áp lực in cao và lực dính giữa mực và vật liệu in tạo ra hình ảnh trên vật liệu in.

Bản in ống đồng thường là hình trụ, có cấu tạo phúc tạp và nhiều lớp nhằm mục đích tạo độ bền cho bản in. Bản in ống đồng trong sản xuất công nghiệp được sử dụng cho mỗi lần tách màu, điều này có nghĩa là trong một máy in ống đồng có bốn màu thì phải có bốn bản in riêng biệt được thay đổi khi in dòng sản phẩm mới. (Izdebska, J. (2016). Printing on Polymers. Printing on Polymers). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hình 2.3: Bề mặt trục in ống đồng Hình 2.4: Nguyên lý in

2.2.1.2. Ưu và nhược điểm

Bảng 2.2: Ưu và nhược điểm in ống đồng

STT Ưu điểm Công nghệ in ống đồng Nhược điểm

1 Độ cao hơn so với in flexo và offset chính xác và phục chế hình ảnh chất lượng Giá thành làm khuôn cao nên yêu cầu số lượng in lớn

2

Độ bền của trục in cao từ 12 đến 20 triệu lượt in trước khi thay trục, có thể sử dụng để in tái bản

Chi phí phát sinh ban đầu khá cao trong việc khắc bản in

Trang 10

3 Mực in đều và có độ phủ lên bề mặt sâu Khó tái tạo đường biên chữ, tạo ra đường thẳng - không trơn nét.

4 Tốc độ các dòng máy in có thể đạt trên 200m/phút trên tất cả Việc chế tạo khuôn in không thân thiện với môi trường

5

In ống đồng áp dụng được trên rất nhiều các chất liệu khác nhau như giấy, màng nhựa dẻo, kim loại mỏng, PE, OPP, MPET, PET… và trên các bao bì màng ghép

Thời gian để chế tạo khuôn in lâu. Công nghệ chế bản phức tạp, chi phí cao

6 Tái sản xuất với chi phí thấp Dung môi dễ không tốt cho môi trường cháy nổ, 7 Có thể tích hợp các đơn vị inline như cấn bế, dập chìm nổi, cắt,…. Khi một bản in đã được khắc, những thay đổi hay chỉnh sửa là điều rất khó khăn

2.2.1.3. Ứng dụng

Đầu vào của phương pháp in ống đồng thường là dạng cuộn, nên có thể in trên nhiều loại vật liệu khác nhau như giấy, màng, nhựa dẻo, màng kim loại. Ngoài ra, in

ống đồng được in trên màng OPP, màng này ngoài tác dụng để in những hình ảnh chi

tiết của sản phẩm nó còn có tác dụng tăngcường, tăng độ bền cơ học của bao bì. Do vậy, trên thị trường bao bì hiện nay, sựcạnh tranh trong ngành này là rất quyết liệt.

Công nghệ in ống đồng được ứng dụng trong ngành in bao bì nhựa: bao đựng OMO, bánh kẹo bibica, hộp cà phê Trung nguyên hay bao thuốc lá. Bằng cách sử

Trang 11

dụng công nghệ in ống đồng, sản phẩm bao bì làm ra bắt mắt hơn, phù hợp với thị hiếu người dùng hơn.

Bảng 2.3: Ứng dụng in ống đồng Sản phẩm Hình ảnh Decal In tem bảo hành Bao bì nhựa Màng kim loại

Trang 12

2.3. Sản phẩm “xanh”

2.3.1. Đặc điểm

Sản phẩm “xanh” còn được gọi là sản phẩm thân thiện với môi trường hay sản phẩm sinh thái. Ngày nay sản phẩm thân thiện với môi trường ngày càng được sử dụng phổ biến tại các quốc gia, đặc biệt là các quốc gia phát triển.

Một sản phẩm được xem là sản phẩm thân thiện với môi trường nếu đáp ứng được 4 tiêu chí sau:

1. Sản phẩm được tạo ra từ các vật liệu thân thiện với môi trường.Sản phẩm chứa các vật liệu tái chế, có thể tái sử dụng nhiều lần. Ví dụ, một sản phẩm tái chế nhanh như tre hay bần (sử dụng để lót nều) hay sử dụng túi vải cotton thay vì túi nilong được xem là những sản phẩm thân thiện với môi trường vì được tạo ra từ vật liệu nông nghiệp, có sẵn trong tự nhiên

2. Sản phẩm đem đến những giải pháp an toàn đối với môi trường và sức khoẻ con người, thay cho các sản phẩm độc hại truyền thống. Ví dụ các vật liệu thay thế chất bảo quản gỗ như creosote, được biết là một hợp chất gây ung thư. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

3. Sản phẩm giảm tác động đến môi trường trong qua trình sử dụng (ít chất thải, sử dụng năng lượng tái sinh, ít chi phí bảo trì). Người tiêu dùng châu Âu nhiều năm qua đã quay lại sử dụng chai sữa thủy tinh và giảm tỉ lệ sử dụng loại sữa đựng trong chai nhựa sử dụng 1 lần rồi bỏ. Chai thủy tinh có thể sử dụng nhiều lần, dễ dàng tái chế

4. Sản phẩm tạo ra một môi trường thân thiện và an toàn đối với sức khoẻ con người. Vật liệu xây dựng thân thiện môi trường là những sản phẩm tạo ra một môi trường an toàn trong nhà, không gian sống bằng cách không phóng thích những chất ô nhiễm quan trọng như sơn có dung môi hữu cơ bay hơi thấp, bám chắc, loại bỏ hoặc ngăn ngừa sự lan truyền chất ô nhiễm như sản phẩm từ sự thông gió hoặc bộ lọc không khí trong máy lạnh (bụi, nấm mốc, vi khuẩn,…) và cải thiện chất lượng chiếu sáng. Với vật liệu thân thiện môi trường, sự chọn lựa sản phẩm được đặt mục tiêu là giảm thiểu ô

Trang 13

nhiễm, giảm tiêu thụ tài nguyên và giảm lượng chất thải sinh ra trong quá trình sử dụng sản phẩm. Một phương pháp mua sản phẩm thân thiện môi trường là mua sản phẩm địa phương khi có thể. Sản phẩm được mua từ nguồn địa phương hoặc khu vực sẽ giảm chi phí vận chuyển và thúc đẩy kinh tế địa phương.

Đối với thị Việt Nam, các sản phẩm thân thiện với môi trường được chứng nhận là nhãn sinh thái hay còn gọi là nhãn xanh Việt Nam. Để được chứng nhận là nhãn xanh Việt Nam, sản phẩm phải đáp ứng các tiêu chí do Bộ trưởng Bộ TN&MT ban hành theo điều 1, Thông tư số 41/2013/TT – BTNMT ngày 2/12/2013.

Hiện nay, nhiều bao bì thực phẩm chứa chất lỏng như sữa, nước trái cây, đều có logo FSC. Vậy FSC là gì, tầm quan trọng của FSC đối với bao bì giấy và carton?

FSC (Hội đồng quản lý rừng – Forest Stewardship Council) dường như vẫn còn là một khái niệm khá mới mẻ đối với người tiêu dùng Việt Nam. Đây là một tổ chức phi chính phủ, phi lợi nhuận được thành lập và hoạt động với mục đích giúp người tiêu dùng, các công ty, doanh nghiệp phân biệt sản phẩm có nguồn gốc từ gỗ