Khéo tay hay làm Khéo tay hay làm Khéo tay hay làmkl dinh thi my hue

Kết quả so sánh khả năng phân hủy sinh học của màng polymer trong hai loại đất khác nhau đất của Công Ty TriBat và đất nhà vườn Tân Kiểng .... Đã có nhiều công trình nghiên cứu về hướng

Em xin gửi đến Cô Th.S Nguyễn Thị Thu Thảo lời cám ơn chân thành và lòng kính trọng sâu sắc nhất Cô đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em thực hiện luận văn này, cô luôn quan tâm và động viên em trong những lúc khó khăn Em xin chân thành cám ơn cô!!!

Em xin gửi lời cám ơn chân thành tới các anh chị tại phòng Vật Liệu Hữu

Cơ, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng , Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam TP.HCM đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cám ơn các thầy cô ở khoa Khoa Học Ứng Dụng, trường Đại Học Tôn Đức Thắng đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học tại trường

Em xin cảm ơn thầy, cô phản biện đã dành thời gian quý báu quan tâm, xem xét và góp ý cho đề tài luận văn của em được hoàn chỉnh hơn

Con xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến ba mẹ đã luôn động viên và giúp đỡ con trong suốt quá trình học tập và thực hiện tốt luận văn này

Do kiến thức và thời gian thực hiện còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót Vì thế em rất mong sự đóng góp quý báo của thầy cô để em hoàn thiện hơn luận văn tốt nghiệp của mình

Trân trọng cảm ơn

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Danh mục từ viết tắt

Mục lục

Chương 1: Lời mở đầu 1

Chương 2: Tổng quan 2

2.1 Các khái niệm về polymer phân hủy sinh học 2

2.1.1 Phân hủy sinh học 2

2.1.2 Polymer phân hủy sinh học 2

2.2 Phân loại polymer phân hủy sinh học 2

2.2.1.Polyester được sản sinh bởi các vi sinh vật 2

2.2.2 Polymer phân hủy sinh học tự nhiên 2

2.2.3 polymer phân hủy sinh học tổng hợp 3

2.3 Môi trường cho quá trình phân hủy 5

2.3.1 Tự phân hủy trong môi trường bình thường 5

2.3.2 Polymer thủy phân – phân hủy sinh học 5

2.3.3 Polymer quang – phân hủy sinh học 6

2.4 Ứng dụng của polymer phân hủy sinh học 6

2.4.2 Trong nông nghiệp 6

2.5 Nguyên liệu chế tạo màng 7

2.5.1 Polyvinyl alcohol 7

2.5.2 Tinh bột sắn 16

2.5.3 Glycerol 19

2.6 Các phương pháp và tiêu chuẩn thử nghiệm khả năng phân hủy sinh học 20

2.6.1 Thử nghiệm sturm biến tính 21

2.6.2 Thử nghiệm trên đĩa petri 21

2.6.3 Thử nghiệm trong chai kín 22

2.6.4 Thử nghiệm bằng buồng môi trường 22

2.6.5 Thử nghiệm bằng phương pháp chôn mẫu dưới đất 23

2.7 Tình hình nghiên cứu polymer phân hủy sinh học trên thế giới và Việt Nam 24

2.7.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 24

2.7.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 26

Chương 3: Thực nghiệm 28

3.1 Thời gian và thời điểm thực hiện đề tài 28

3.2 Nguyên vật liệu và thiết bị thí nghiệm 28

3.2.1 Nguyên vật liệu 28

3.2.2 Thiết bị thí nghiệm 29

3.3 Mục đích thí nghiệm 29

3.4.1 Phương pháp tổng hợp mảng 30

3.4.2 Phương pháp đánh giá khả năng phân hủy sinh học của màng polymer 31

Chương 4: Kết quả và biện luận 32

4.1 Đối với đất của Công Ty TNHH TriBat 32

4.2 Đất của nhà vườn Tân Kiểng 34

4.3 Kết quả so sánh khả năng phân hủy sinh học của màng polymer trong hai loại đất khác nhau ( đất của Công Ty TriBat và đất nhà vườn Tân Kiểng) 38

Chương 5: Kết luận 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Bảng 2.1 Tính chất của PVA 9

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn chất lượng của tinh bột sắn 18

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn dùng cho thử nghiệm độ bền polymer 22

Bảng 2.4 Chủng nấm và vi khẩn để thử nghiệm độ bền của chất dẻo 23

Bảng 2.5 Sơ đồ đánh giá tốc độ bằng quan sát theo ISO 846 cho độ bền nấm 24

Bảng 4.1 Thành phần và tỷ lệ nguyên liệu tổng hợp màng polymer từ PVA và tinh bột sắn 32

Bảng 4.2 Kết quả độ giảm khối lượng của màng polymer từ PVA và tinh bột sắn sau thời gian chôn trong đất của Công Ty TriBat 33

Bảng 4.3 Kết quả độ giảm khối lượng của màng polymer từ PVA và tinh bột sắn sau thời gian chôn trong đất của nhà vườn Tân Kiểng 36

Bảng 4.4 Kết quả độ giảm khối lượng của mẫu DS4 sau thời gian chôn trong đất (đất của Công Ty TriBat và đất nhà vườn Tân Kiểng) 38

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 PVA 8

Hình 2.2 Tinh bột 16

Hình 2.3 Cấu trúc của amylose 16

Hình 2.4 Cấu trúc của amylopectin 17

Hình 3.1 Đất sạch TriBat 28

Hình 3.2 Đất nhà vườn Tân Kiểng 29

Hình 3.3 Quy trình tổng hợp màng polymer phân hủy sinh học từ PVA và tinh bột sắn 30

Hình 4.1 Các mẫu DS1, DS2, DS3, DS4 ngày đầu tiên chôn trong đất 32

Hình 4.2 Các mẫu DS1, DS2, DS3, DS4 sau 30 ngày chôn trong đất 33

Hình 4.3 Đồ thị độ giảm khối lượng của màng polymer phân hủy sinh học theo thời gian (đất của Công Ty TriBat) 34

Hình 4.4 Các mẫu DS2, DS3, DS4 ngày đầu tiên chôn trong đất 35

Hình 4.5 Các mẫu DS2, DS3, DS4 sau 30 ngày chôn trong đất 35

Hình 4.6 Đồ thị độ giảm khối lượng của màng polymer phân hủy sinh học theo thời gian (đất nhà vườn Tân Kiểng) 36

Hình 4.7 Cơ chế phân hủy PVA bởi PVADH 37

Hình 4.8 Hình SEM của màng polymer sau khi phân hủy (a Hình SEM mẫu DS4 ngày đầu tiên chôn trong đất, b Hình SEM mẫu DS4 sau 10 ngày chôn trong đất) 38

Hình 4.9 Đồ thị độ giảm khối lượng của màng polymer phân hủy sinh học theo thời gian (đất của Công Ty TriBat và đất nhà vườn Tân Kiểng) 39

ASTM American Standard Testing Method

AAC Polyester mạch thẳng – mạch vòng thơm

OECD Organization for Economic Cooperation and development PBS Polybutylene succinate

PBAT Polybutylene adipate - terephtalate

PTMAT Polytetramethylene adipate terephtalate

PVADH Polyvinyl alcohol dehydrogenase

SEM Scanning Electron Microscope

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

Chương 1: LỜI MỞ ĐẦU

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 1

Vật liệu polymer truyền thống (PE, PVC…) với sự phong phú về chủng loại

và đa dạng về tính chất đã có mặt khắp mọi lĩnh vực của cuộc sống Tuy nhiên, các

loại sản phẩm này đã trở thành một thách thức với con người và môi trường sinh

thái vì bản chất chúng rất bền, rất khó phân hủy, phải mất hàng trăm năm, thậm chí

hàng triệu năm chúng mới có thể phân hủy được Chỉ có tác động cơ học hay nhiệt

mới có thể phân hủy được chúng nhưng lại tạo ra các chất động hại cho môi trường

và giá thành để xử lý vượt qua cả giá thành sản xuất ra chúng

Trong thời gian gần đây, tại một số quốc gia Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc

và Mỹ, việc nghiên cứu và sử dụng polymer phân hủy sinh học phát triển rất mạnh

mẽ

Tại Việt Nam, nhận thức được tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường,

vấn đề nghiên cứu và sử dụng polymer phân hủy sinh học đã được tiến hành và thu

được một số kết quả ban đầu Đã có nhiều công trình nghiên cứu về hướng này,

trong đó nhóm tác giả Hồ Sơn Lâm, Nguyễn Thị Thu Thảo và các cộng sự đã bước

đầu tổng hợp và khảo sát tính chất của màng polymer đi từ PVA và tinh bột sắn

như: tính chất cơ học, cấu trúc, độ bền nhiệt… Tuy nhiên, việc đánh giá khả năng

phân hủy sinh học vẫn chưa được chú trọng

Trong luận văn này, chúng tôi đi sâu vào việc khảo sát khả năng phân hủy của

màng polymer tự hủy bằng phương pháp chôn ủ trong môi trường đất

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 2

2.1 Các khái niệm về Polymer phân hủy sinh học [2]

2.1.1 Phân hủy sinh học

Phân hủy sinh học là phản ứng do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do

hoạt động của enzyme dẫn đến thay đổi lớn về cấu trúc hóa học của vật liệu Về cơ

bản, polymer phân hủy sinh học cần phân hủy rõ ràng trong một thời gian ấn định

thành những phân tử đơn giản có trong môi trường như CO2 và nước

Hội tiêu chuẩn thử nghiệm và vật liệu Mỹ (ASTM) định nghĩa phân hủy sinh

học là khả năng xảy ra phân hủy thành CO2, khí metan, nước, các hợp chất vô cơ

hoặc sinh khối, trong đó cơ chế áp đảo là tác động của enzyme của vi sinh vật đo

được bằng các thử nghiệm chuẩn trong một thời gian xác định phản ánh điều kiện

phân hủy

2.1.2 Polymer phân hủy sinh học

Polymer phân hủy sinh học là loại vật liệu mà quá trình phân hủy nó do vi

khuẩn đảm nhiệm, không đòi hỏi năng lượng, không tạo ra các chất độc hại cho môi

trường mà vẫn đảm bảo các tính năng của polymer truyền thống

Sự phân hủy sinh học là một quá trình tự nhiên mà các chất hữu cơ được

chuyển thành những hợp chất đơn giản hơn, không làm ô nhiễm môi trường Sự

phân hủy sinh học có thể xảy ra trong sinh quyển khi các vi sinh đóng vai trò trung

tâm trong quá trình phân hủy

2.2 Phân loại Polymer phân hủy sinh học [2], [15]

2.2.1 Polyester được sản sinh bởi các vi sinh vật

Các loại polymer này ở dạng nguyên thủy nhận được bởi các chủng vi sinh vật

chuyển hóa các sản phẩm thiên nhiên như: tinh bột, chất béo và tự phân hủy hoàn

toàn trong đất, nước sông, suối hay trong biển

2.2.2 Polymer phân hủy sinh học tự nhiên

Polymer phân hủy sinh học tự nhiên là những polymer được tạo ra trong tự

nhiên trong các chu kỳ sinh trưởng của cơ thể sống Việc tổng hợp chúng bao gồm

các phản ứng trùng hợp phát triển mạch các monomer, xúc tác hoạt hóa bằng

enzyme Các monomer này được hình thành một cách đặc thù nội trong các tế bào

nhờ các quá trình trao đổi phức tạp

Các polymer phân hủy sinh học:

 Polysaccharide: tinh bột và cellulose

Hầu như chỉ có polyester là hợp chất cao phân tử có khả năng phân hủy sinh

học Nguyên nhân là mạch chính của chúng có khả năng thủy phân mạnh

Trong hệ polyester, các polymer có nhiều ứng dụng nhất

Lactide và glycolide copolymer:

O

O O

O

O O

Copolymer này được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất thuốc cho người

và gia súc Nó còn dùng để sản xuất chỉ khâu tự nhiên, các vật liệu trong chỉnh hình

và ghép xương, cho việc tạo ra các steroid, các chất chống ung thư, tạo ra peptide và

protein, các loại kháng sinh, vaccine, chất gây tê

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 4

Polycaprolactone, polyhydroxybutyrate và các polymer của các hydroxyl acid

O O

5

Loại này được tổng hợp theo con đường chất dẻo tổng hợp nhưng có thể bị

phân hủy bởi vi khuẩn của môi trường

 Poly (ester amide) và các dạng tương tự như poly (3-hydroxybutyrate

-PHB) polycarbonate, polyester urethane, polyesteruea Poly phosphate ester

Poly ortho ester:

 Các polyester phân hủy sinh học có trên thị trường:

Polylactic acid – PLA

Polybutylene Succinate – PBS

Polyester mạch thẳng - mạch vòng thơm – AAC

Polybutylene adipate - terephtalate – PBAT

Polyhydroxyvalerate – PHB

Polycaprolactone – PCL

Polybutyleneterephtalate – PBSA

Polyethyleneterephtalate – PET

Polyetramethylene adipate - terephtalate – PTMAT

2.3 Môi trường cho quá trình phân hủy

2.3.1 Tự phân hủy trong môi trường bình thường

Loại phân hủy này thường xảy ra với những vật liệu dùng một lần Các

polymer làm nên vật liệu này được khống chế thời gian tồn tại của nó trong vòng

vài ngày đến vài tháng Khi hết thời hạn đó, sẽ xuất hiện các vết nứt gãy cấu trúc,

đồng thời với quá trình đó là hiện tượng xâm thực của không khí và sự tấn công của

vi sinh vật trong môi trường không khí

ASTM định nghĩa nhựa chôn ủ như sau : “Đó là nhựa có khả năng xảy ra phân

hủy sinh học ở môi trường ủ như một phần của chương trình sẵn có, rằng nhựa sau

đó không thể phân biệt bằng mắt trần được nữa, phân hủy thành CO2, nước, hợp

chất vô cơ và sinh khối với tốc độ phù hợp với vật liệu ủ”

2.3.2 Polymer thủy phân – phân hủy sinh học

Polymer thủy phân – phân hủy sinh học là những polymer có khả năng tan

trong nước ở giai đoạn đầu, sau đó mới xảy ra hiện tượng phân hủy sinh học

Những loại polymer này khi tổng hợp, có những nhóm chức một đầu gắn với mạch,

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 6

còn một đầu “ái nước” nên dễ bị trương phồng, làm đứt mạch hoặc thay đổi hóa, lý

tính, làm cho vi sinh vật dễ tấn công để phân hủy

2.3.3 Polymer quang – phân hủy sinh học

Polymer quang – phân hủy sinh học là loại polymer trong mạch có một cấu tử

hoặc một nhóm cấu tử có khả năng hấp thụ ánh sáng Khi ánh sáng truyền qua

nhóm cấu tử này, mạch polymer bị bẻ gãy, tạo tiền đề cho phân hủy sinh học

2.4 Ứng dụng của polymer phân hủy sinh học

2.4.1 Trong y học

Chất dẻo phân hủy sinh học được ứng dụng làm vật liệu cấy trong phẫu thuật

chỉnh hình và mạch máu, chỉ khâu phẫu thuật, ứng dụng trong chữa mắt…

Thay thế tế bào bị bệnh hoặc không hoạt động được nữa, ví dụ như thay khớp,

van tim nhân tạo, cấy lại răng, kính áp tròng

Làm vật tựa cho tế bào phải chữa trị, bao gồm cả chỉ khâu, bản xương gãy,

dây chằng, gân…

Thay thế toàn bộ hoặc từng phần chức năng của các cơ quan, như thẩm tách

máu (thay chức năng của thận), thở oxy (phổi), tâm thất hoặc trợ tim toàn phần

(tim), phân phối insulin (tuyến tụy)…

Phân phối thuốc cho cơ thể hoặc đến những nơi tế bào bị bệnh (như tế bào ung

thư) hoặc duy trì tốc đô phân phối (insulin, pilocarpin, thuốc tránh thai…)

2.4.2 Trong nông nghiệp

Polymer phân hủy sinh học được sử dụng để sản xuất các mẫu phủ cho đất,

bầu ươm cây… Sự phân hủy hoàn toàn cũng được chú ý nhiều vì chúng có thể kết

hợp với các polymer khác để chuyển thành những vật liệu có ích và làm giàu chất

dinh dưỡng cho đất

 Màng phủ đất: Là màng chất dẻo giúp cây phát triển và sau đó phân hủy

quang trên cánh đồng mà không cần phải gom nhặt sau vụ thu hoạch Cần sử

dụng màng chất dẻo vì nó giữ ẩm, giảm lượng hạt giống phải gieo, giữ nhiệt

độ cho đất, cải thiện tốc độ phát triển cây trồng

 Kiểm soát nhả chậm hóa chất trong nông nghiệp: Là một phương pháp trong

đó hóa chất hoạt tính sinh học được giải phóng đến nơi cần thiết với một tốc

độ nhất định, trong một thời gian ấn định Polymer trước hết đóng vai trò

kiểm soát tốc độ tải, độ linh động và thời gian hữu hiệu của hóa chất Lợi thế

cơ bản của kiểm soát nhả chậm là phải dùng ít hóa chất hơn trong một đơn vị

thời gian, giảm ảnh hưởng tới những nơi không cần dùng hóa chất và cũng

giảm thiểu sự tổn hao, sự bay hơi và sự phân hủy Bản chất đại phân tử của

polymer là chìa khóa hạn chế tổn hao hóa chất

 Bầu ươm cây: Một ứng dụng nhỏ của polymer phân hủy sinh học là dùng

polycaprolactone làm bầu ươm cây Đây là một ứng dụng không lớn lắm

nhưng đầy triển vọng vì rằng đây là một trong nhiều trường hợp sử dụng

polymer trong một thời gian nhất định Trong vòng 6 tháng dưới đất,

polycaprolactone phân hủy đáng kể, tổn thất khối lượng lên đến 48%, sau 1

năm tổn thất đó lên đến 95%

 Bao bì: Polymer phân hủy sinh học còn được sử dụng để tạo nên các sản

phẩm dùng để bao gói, hoặc dùng để chứa đựng thân thiện với môi trường

Yêu cầu trong chế tạo bao gói phân hủy sinh học là kết hợp polymer phân

hủy thực sự hoàn toàn với mẫu hoặc blend có tính chất tốt như mẫu polymer

tổng hợp

2.5 Nguyên liệu chế tạo màng [2], [5], [6], [8]

2.5.1 Polyvinyl alcohol (PVA)

 Công thức phân tử : (C2H4O)n

 Công thức cấu tạo:

 Cấu trúc lập thể:

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 8

Hình 2.1 PVA

Polyvinyl alcohol được viết tắt là PVA, ngoài ra còn có một số tên gọi khác

như: PVOH, Homolymer, Polyviol, Alvyl Alkotex, Viol, Covol, Gelvatol, Lemol…

PVA là một trong những polymer có khối lượng phân tử khá cao Nó là chất

rắn khô, ở dạng hạt hoặc bột

2.5.1.1 Tính chất vật lý

PVA có khả năng tan trong nước, dễ tạo mẫu, chịu dầu mỡ và dung môi, độ

bền kéo cao, chất lượng kết dính tuyệt vời và khả năng hoạt động như một tác nhân

phân tán - ổn định

 Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của PVA được xác định bằng phương pháp tuyển nổi Nó

thay đổi tùy theo độ trùng hợp (average degree of polymerization – DP) và nhiệt độ

của quá trình xử lý nhiệt

 Nhiệt độ nóng chảy

Việc xác định trực tiếp nhiệt độ nóng chảy của PVA rất khó, thường được xác

định gián tiếp vì nó bị phân hủy ở nhiệt độ nóng chảy Giá trị này không có tính

chất tuyệt đối vì nhiệt độ nóng chảy của polymer không là một điểm Bên cạnh đó,

nhiệt độ nóng chảy của PVA còn phụ thuộc vào lượng nước bị hấp phụ trong phân

tử polymer

 Nhiệt độ chuyển thủy tinh

Tương tự nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển thủy tinh của PVA cũng thay

đổi theo lượng nước bị giữ trong polymer Do vậy, cùng một khối lượng phân tử

nhưng nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg có thể không giống nhau Nhiều nghiên cứu cho

thấy nhiệt chuyển thủy tinh của PVA chia làm hai nhóm: một nhóm có nhiệt chuyển

thủy tinh khoảng 80oC, được dùng trong các ứng dụng khác Nhóm còn lại có nhiệt

chuyển thủy tinh trên 80oC dùng trong sản xuất xơ sợi

Bảng 2.1 Tính chất của PVA

Độ bền kéo, khô, chưa hóa dẻo,psi Dưới 22000

Độ giãn dài, mẫu đã dẻo hóa, % Dưới 600

Hệ số giãn nở nhiệt, 1/K 7.10-5 – 1,2.10-5

Độ bền nhiệt, trên 100oC

Trên 150oC Trên 200oC

Làm thẫm màu chậm Làm thẫm màu nhanh Phân hủy

Độ bền bảo quản (một vài năm) Không gây hỏng

Ảnh hưởng của acid mạnh Hòa tan hoặc phân hủy

Ảnh hưởng của kiềm mạnh Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của acid yếu Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của kiềm yếu Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ Không ảnh hưởng

(Nguồn theo Nguyễn Văn Khôi, 2007; John Wiley & Sons, 2005)

 Độ chịu nhiệt

Khi đun nóng, PVA sẽ mềm ra nhưng không nóng chảy ở điều kiện thường

Đến 140oC thì chưa bị thay đổi nhưng đun lâu đến 160oC thì có màu tối nhạt và dần

dần mất tính tan trong nước Phản ứng xảy ra kèm theo phân hủy nước, khi có acid

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 10

hay kiềm thì quá trình khử nước tăng lên Mức độ khử nước tăng thì độ cứng và độ

dòn của polymer tăng

Eter hóa nội phân tử:

Eter hóa giữa các phân tử (nối mạch):

 Khả năng dẻo hóa

Theo nguyên tắc, muốn làm chất dẻo phải dùng PVA đã hóa dẻo Trong kỹ

thuật dùng hai nhóm chất hóa dẻo trực tiếp và gián tiếp

- Loại trực tiếp gồm các chất hòa tan PVA: nước, H3PO4

- Loại gián tiếp gồm các chất làm trương PVA ở nhiệt độ thấp và có

khả năng hòa tan khi đun nóng: glycol, glicerin, diethylene glycol…

Đối với PVA, dung môi tốt nhất là nước nhưng vì độ bay hơi cao nên làm chất

hóa dẻo không tốt lắm PVA do bản thân có độ hút ẩm cao nên luôn chứa một lượng

nước lớn (đến 5%) Nước này hóa dẻo một phần PVA và làm giảm nhiệt độ thủy

tinh hóa của polymer, đồng thời làm PVA dễ trộn hơn với nhiều chất hóa dẻo

Trong công nghiệp, phổ biến nhất là dùng H3PO4, ethylene glycol, butylene glycol

và glycerin làm chất hóa dẻo

 Độ hòa tan

PVA chứa nhóm acetate dưới 5% thì không tan trong nước lạnh nhưng dễ tan

ở 65 – 70oC Nếu chứa trên 5% thì tan tốt trong nước Còn chứa 20% thì PVA hoàn

toàn không tan trong nước (khi đun nóng đến 35 – 40oC rồi làm lạnh thì polymer

này lắng xuống) Nếu chứa 50% thì PVA mất khả năng tan trong nước lạnh và nước

nóng nhưng tan trong CH3OH Nếu để yên thì dung dịch polymer đậm đặc bị

gelatin hóa nhưng khi đun đến 75oC thì tan trở lại Những dung môi của PVA khi

đun nóng như: nước, glycol béo, glycerin, dimethyl formamide, mono ethanol amin,

ure, dimethyl sulforxide

Dung dịch PVA có tính tạo màng cao Màng thu được sau khi bốc hơi nước

trong suốt và không màu, có độ bền uốn, chịu cọ xát cao và không thấm khí cao (H2,

O2, N2, không khí và các khí khác)

Ưu điểm đặc biệt của PVA là chịu được các loại dầu, chất béo, carbua hydro

và phần lớn các dung môi hữu cơ Dung dịch nước PVA không hoặc rất ít chịu tác

dụng của vi khuẩn, vì thế mà khi bảo quản lâu vẫn không thay đổi PVA giống tinh

bột ở chỗ khi tác dụng với iot thì có màu xanh

 Tính chất keo dán

Một trong những tính quan trọng nữa của PVA là tính chất keo dán hay độ bền

kết dính của nó Điều này có thể là do khả năng dễ tạo mẫu của nó và thu được độ

bền kéo cao hơn Như vậy PVA là một trong những loại nhựa giá trị nhất để sản

xuất keo dán và cùng với nhũ tương polyvinyl acetate tạo nên ngành công nghiệp

keo dán nhựa tổng hợp Tương tự các thuộc tính keo dán của PVA là các tính chất

kết dính của nó

 Khả năng tạo mẫu

Dung dịch PVA có tính tạo mẫu rất cao Mẫu thu được sau khi bốc hơi nước

thì trong suốt, có độ bền uốn, chịu cọ xát và không thấm khí cao (H2, O2, N2, không

khí và các khí khác)

 Khả năng chịu dầu và dung môi

PVA chịu được rất tốt các loại dầu, chất béo, carbua hydro và phần lớn các

dung môi hữu cơ Dung dịch nước PVA không hoặc rất ít chịu tác dụng của vi

khuẩn nên bảo quản được trong thời gian lâu mà vẫn không thay đổi

 Khả năng chống thấm khí

PVA có khả năng chống thấm khí Các nghiên cứu đối với mẫu PVA thủy

phân hoàn toàn, loại độ nhớt thấp ở 25oC, ẩm độ tương đối 0% không thể hiện sự

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 12

truyền oxy và nitơ Dưới các điều kiện tương tự, tốc độ truyền khí cacbon dioxide là

0,02g/m2/24h

2.5.1.2 Tính chất hóa học

PVA là một polymer chứa nhiều nhóm OH nên có tính chất của một rượu đa

chức Nó có thể tham gia các phản ứng sau:

 Phản ứng acetate hóa: thực chất là phản ứng cộng hợp ái nhân giữa

một aldehyde và một rượu đa chức

 Phản ứng ester hóa: tác dụng dễ dàng với các acid vô cơ lẫn hữu cơ

 Phản ứng eter hóa: tác dụng với các ethylene oxide tạo những sản

phẩm còn dễ tan trong nước hơn PVA

 Phản ứng tạo phức: dễ tạo phức với các hợp chất vô cơ, khả năng tạo

phức với acid boric được dùng trong phương pháp kéo sợi ướt đông tụ trong kiềm

 Phản ứng tạo mạch nhánh: được thực hiện khi PVA ở dạng lỏng hay

rắn và có mặt các chất sinh gốc tự do như peroxide, persulfate Tính chất này được ứng dụng sản xuất xơ PVA biến tính

 Phản ứng phân hủy: PVA là một polymer kém bền nhiệt Khi đun ở

200oC trong chân không thì phân hủy sinh ra nước, tới 400oC thì cho

ra các hydrocarbon thấp phân tử và một ít nhựa hóa

Các chất oxi hóa mạnh: KMnO4, K2Cr2O7, O3, có khả năng gây phản ứng oxi

hóa cắt mạch cũng như oxi hóa ở đầu mạch PVA

2.5.1.3 Điều chế

Không giống như hầu hết các polymer vinyl, PVA không được tạo ra từ sự

trùng hợp của monomer tương ứng mà được tổng hợp từ polyvinyl acetate Phương

pháp cơ bản để điều chế PVA là thủy phân (xà phòng hóa) polyvinyl acetate nhờ

kiềm hay acid Quá trình xà phòng hóa xảy ra nhanh và êm dịu khi có thừa kiềm

trong dung dịch CH3OH và trong dioxane Dùng HCl làm xúc tác thì thủy phân tốt

hơn, nhưng PVA khó rửa nên độ chịu nhiệt, độ hòa tan của PVA giảm Còn dùng

NaOH thì PVA dễ rửa hơn nên các tính chất ổn định hơn

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ 14

Khi HCl làm xúc tác thì độ nhớt giảm, có khi PVA không tan trong nước và

acid loãng Phản ứng xảy ra như sau:

Dung môi thích hợp để trùng hợp dung dịch polyvinyl acetate là methanol hay

acetone Nhưng methanol là phù hợp với quá trình chuyển hóa từ polyvinyl acetate

thành polyvinyl alcol Dung dịch polyvinyl acetate dưới tác dụng của xúc tác NaOH

sẽ tham gia phản ứng thủy phân

Thường lượng nước có trong methanol dùng làm dung môi rất nhỏ Nếu

methanol bị lẫn nước thì nước sẽ tham gia phản ứng thủy phân cạnh tranh với

methanol

Acid acetic mới sinh ra phản ứng với NaOH:

Khi toàn bộ NaOH đã phản ứng hết, tác dụng xúc tác không còn thì quá trình

thủy phân bị ngưng

2.5.1.4 Ứng dụng

PVA thủy phân từng phần có khả năng trộn với nhựa fenol – ure và

methylamin – formandehyde Nhựa hỗn hợp này có tính nhiệt rắn và khi đun nóng

chuyển sang trạng thái nóng chảy và không tan Tính chịu béo và dầu của nhựa này

cao nên dùng làm màng phủ Sản phẩm ngưng tụ của PVA và butyraldehyde

polyvinyl butyrate dùng sản xuất màng phủ bảo vệ cho dây dẫn kim loại, vải,

giấy… Nếu hóa dẻo màng keo bằng ester của acid ftalic và sebasic thì có được độ

đàn hồi, tính chịu lạnh (tới -60oC ) Phối hợp với nhựa melamine formaldehyde, keo

sẽ chịu nhiệt tốt hơn Hay dùng trực tiếp dung dịch PVA để dán giấy, vải Mối gián

bền với xăng dầu và một số dung môi hữu cơ, phổ biến nhất là làm keo dán những

hộp giấy, carton làm bao bì

PVA được dùng làm chất kết dính trong sơn, giấy, trong thổ nhưỡng để chống

xói mòn Với tính chất bám dính và làm dày nên được dùng trong kem cạo râu, mặt

nạ đắp mặt Còn trộn với ximăng để cải thiện tính năng của nguyên liệu này Đặc

biệt làm chất trung gian tạo ra polyvinyl butyrate dùng làm kính an toàn

Từ PVA có thể chế tạo vật phẩm giống da và cao su, ống dẫn mềm dẻo bền

với dầu và benzene, sợi, màng để lót thùng đựng hàng trong đóng gói dầu và sơn…

PVA là loại xơ có ái lực với nước rất lớn trong số các xơ tổng hợp Loại PVA

tan được trong nước được dùng để dệt những loại vải dùng làm vải nền cho các sản

phẩm thêu, đăng ten… hay vải dù cho các thủy lôi thả từ máy bay Loại PVA được

xử lý không tan trong nước được dùng làm chỉ thêu, loại có cường lực lớn có thể

dùng làm lớp lót trong vỏ bánh xe cao su do khả năng liên kết với cao su khá lớn

Ngoài ra, có thể dùng làm chất tráng phim, làm đặc, tăng cường độ dẻo, nhũ

hóa trong nước, phụ gia trong mực in, hồ vải sợi, khử trùng, thuốc trừ sâu…

Tinh bột có rất nhiều trong tự nhiên, chúng có trong các loại hạt như : gạo,

ngô các loại củ quả như: khoai lang, khoai mì, chuối táo Trong đó, gạo chứa

nhiều tinh bột nhất, khoảng 80% và củ mì chứa khoảng 70%, các loại khác thì chứa

ít hơn

Tinh bột cấu thành từ hai cấu tử chính là amylose và amylopectin Amylose

phần lớn là -D-(1,4)- glucan mạch thẳng, có khối lượng phân tử trong khoảng

40.000 đến 340.000 tương ứng với mạch chứa 250 – 2000 đơn vị monomer glucose

Amylopectin phân tử rất lớn -D(1,4)-glucan có liên kết -D-(1,6) tại điểm nhánh

Hình 2.3 Cấu trúc của amylose

Hình 2.4 Cấu trúc của amylopectin

2.5.2.2 Tính chất vật lý

Tinh bột là chất bột vô định hình, màu trắng, không tan trong nước lạnh Khi

đun sôi chỉ một phần nhỏ tinh bột tan trong nước, còn phần chủ yếu tinh bột bị

trương lên tạo thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột Tinh bột có nhiệt độ hồ hóa

trong khoảng 58,5 – 70oC, pH từ 6 – 6,3

Hàm lượng amylose trong tinh bột sắn khoảng 8 – 29% nên có các tính chất

ưu thế như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp, bền gel cao, khả năng tạo mẫu và

bám dính tốt

2.5.2.3 Ứng dụng của tinh bột sắn

Tinh bột sắn có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp dệt, công nghiệp giấy,

công nghiệp thức ăn gia súc, công nghiệp thực phẩm (sử dụng các sản phẩm tinh

bột thủy phân như: maltodextrin, glucose, các loại syro glucose, maltose, fructose,

cyclodextrin), công nghiệp lên men cồn và sản xuất acid hữu cơ như acid citric,

trong sản xuất dược dược phẩm như: Vitamin C, kháng sinh từ dịch tinh bột thủy

phân…

2.5.3 Glycerol [4], [6], [8], [23]

 Tính chất

Công thức phân tử: C3H8O3

Công thức cấu tạo:

Khối lượng phân tử: M = 92,09

Glycerol là chất lỏng dạng syro rất nhớt, trong suốt, không màu, không mùi, vị

ngọt, hút ẩm Nếu tiếp xúc với chất oxi hóa mạnh như: KMnO4, CrO3, KClO3 có thể

gây nổ

Khi làm lạnh xuống -70oC đến -100oC có thể được glycerol dạng thủy tinh

Chỉ có thể làm kết tinh ở điều kiện làm lạnh rất chậm loại glycerol có độ nhớt tinh

khiết cao và dễ chưng cất lại Tinh thể glycerol ở dạng tà phương

Glycerol tan trong nước, ethanol, chloroform, benzene, eter dầu hỏa, carbon

tetrachloride và carbon disulfide Dễ hòa tan nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ, kiềm,

muối

Trong công nghiệp, glycerol được điều chế bằng cách đun nóng dầu thực vật

hay mỡ động vật với dung dịch kiềm: