NHỰA PHÂN hủy SINH học TRONG đời SỐNG, QUÁ KHỨ, HIỆN tại và TƯƠNG LAI

08/22/24 11Các loại polymer kỷ thuật và polymer đặc biệt gọi chung là polymer chất lượng cao và dùng trong công nghệ cao như công nghệ sản xuất máy bay, tàu vũ trụ…Trong số đó, chỉ một s

08/22/24 1

NỘI DUNG BÁO CÁO

I- MỞ ĐẦU II-TÍNH CẤP THIẾT, Ý NGHĨA, LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

III- CÁC DẠNG POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

IV- TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC V- TƯƠNG LAI CỦA POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

VI- KẾT LUẬN

08/22/24 3

Thế kỷ thứ 19:

Trong thế kỷ thứ 19, những phát minh của H.Braconnot (1811), Charles

Goodyear(1839), F.Walton(1844), A.Parkes(1862), hay Bằng phát minh

Zelluloid được đăng ký đầu tiên tại USA năm 1870 đã mở ra những trang sử mới cho sự phát triển ngành nhựa, chất dẻo, polymer cũng như thiết bị cho sản xuất chúng

SƠ LƯỢC VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ

PHÁT TRIỂN CỦA POLYMER

Thế kỷ 20:

1901 W.J Smith, người đầu tiên tìm ra Alkyd – và nhựa lyzerophtalin.

1909 L.H Baekeland công bố sáng chế nhựa Phenolharze , với tên Bakelit.

Thành lập công ty General Bakelite Co., sau đó được mở rộng và đổi tên mới là Union Carbide vào năm 1922.

1910 Zelluloseaxetat được sản xuất tại nước C.H.L.B Đức.

1915 Caosu tổng hợp được điều chế tại Leverkusen, nước C.H.L.B.Đức

1920 Hermann Staudinger bắt đầu nghiên cứu lý thuyết tổng hợp Polymer

1920 Công ty Ford tại USA chế tạo phụ tùng xe hơi từ hổn hợp nhựa Phenol

và sợi phụ gia

1920 Hans John, người Tiệp Khắc tổng hợp được nhựa khai(harnstoffharz ,

và được ứng dụng để sản xuất hàng gia dụng kể từ 1924

1922 H.Staudinger nghiên cứu cấu trúc cao phân tử

1927 Bằng sáng chế sản xuất nhựa PVC tại U.S.A và tại C.H.L.B Đức.

1930 Kỷ nghệ phát triển Styrol và Polystyrol

08/22/24 5

1935 Henkel điều chế được nhựa Melamin

1936 ABS được chế tạo và xuất hiện trên thị trường.

1938 Hãng Du Pont công bố sản phẩm từ nhựa liên hợp Polyamid Nylon.

1938 Bằng sáng chế cho nhựa Epoxyd được đăng ký.

1939 Kỹ nghệ sản xuất nhựa PELD tại vương quốc Anh.

1941 Sản xuất nhựa Polyurethan

1941 Sản xuất nhựa Polyester đói.

1943 Sản xuất nhựa Silikon.

1943 Nhựa Polyester mềm được chế tạo tại U.S.A và vương quốc Anh.

1947 Kỹ nghệ sản xuất nhựa Epoxyd.

1948 Kỹ nghệ sản xuất Polytetrafluorethylen ( Teflon ).

1954 G.Natta điều chế được isotaktische Polypropylen , bắt đầu 1957 được tập đoàn Montecatini tại Ferrara đưa ra thị trường.

1956 Polyethylen áp suất thấp ( PEHD)

1959 Sản xuất Polykarbonaten.

1959 Sản xuất Acetal và nhựa Polyacetal.

SƠ LƯỢC VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ

PHÁT TRIỂN CỦA POLYMER

1960 Sản xuất nhựa liên hợp Vinylethylen azetat Copolymer.

1961 Nhựa liên hợp Ethylen Acryl Ethyl Copolymer E/EA

1961 Sản xuất nhựa Polyvinylfluorids Kynar ,

1962 Sản xuất nhựa thơm Polyimid.

1963 Sản xuất nhựa Polybutilenglykol Terephtalat PBT

1964 Tập đoàn General Electric sản xuất nhựa Polyphenyloxyd PPO

1965 Bằng sáng chế cho nhựa liên hợp Vinylpropylenchlorid Copolymer.

1965 Hãng DuPont nghiên cứu nhựa nhiệt Ionomer Polymer.

1965 Hãng Union Carbide giới thiệu nhựa Polysulfone Udel :

1969 Nhựa Polybutilenrepthal Polyester ( không cứng )

1971 Nhựa Polyphenylensulfid Ryton

1972 Sợi Aramid ra đời.

1975 Tập đoàn Mitsui Petrochemical sản xuất Polymethylpenten

1980 Hãng BASF gia tăng tiến trình tổng hợp của nhựa cơ bản Polypyrrol.

1982 Kỹ thuật học tổng hợp điều chế nhựa Polyetherimid được giới thiệu.

1983 Kỹ thuật học tổng hợp điều chế nhựa Polyarilsulfon được giới thiệu.

08/22/24 7

phân hủy sinh học đầu tiên trên cơ sở Polyglicolide và sau đó là các

poly(D,L, DL lactide).Chỉ khâu tự tiêu mang nhãn hiệu DEXON ra đời đã

mở ra một hướng đi mới trong tổng hợp polymer, và từ đó, người ta chú

ý đến polymer phân hủy sinh học nhiều hơn.

1986 Hãng ICI điều chế được BIOPOL, một loại nhựa nhiệt có nguồn gốc

từ thực vật, có thể tự hủy được trong thiên nhiên

Một vài năm sau đó một loại nhựa có đặc tính tương tự, MATER B, được điều chế bởi hãng Montedison.

ENPOL của Hàn quốc, BIOXO của Canada cũng lần lượt được ra đời.

TÍNH CẤP THIẾT, Ý NGHĨA, LÝ LUẬN

VÀ THỰC TIỄN

Bước vào đầu thế kỷ 21, dân số thế giới khoảng 6 tỉ Dự báo trong vòng 50 năm tới con số đó sẽ là khoảng 10 tỉ Ngoài vấn đề thực phẩm và nước uống, con người cần:

-Nhà ở, đồ dùng sinh hoạt, phương tiện đi lại, dụng cụ làm việc…

-Quần áo, dày dép, nón mũ…

-Phương tiện thông tin, liên lạc… và nhiều thứ khác.

Có nghĩa là Vật liệu, cả vô cơ lẫn hữu cơ RÁC THẢI

NHỰA, POLYMER

MÔI TRƯỜNG

08/22/24 9

Hàng năm, 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, sẽ là thách thức lớn cho môi trường của trái đất

Vì vậy Polymer phân hủy sinh học là giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ môi trường sống của con người trên trái đất.

TÍNH CẤP THIẾT, Ý NGHĨA, LÝ LUẬN

VÀ THỰC TIỄN

Có thể liệt kê danh mục các polymer truyền thống đang được ứng dụng

trong đời sống của chúng ta theo cách xếp lọai của Bộ khoa học công nghệ Đức:

Polymer đặc biệt

Liquidscristalline Polymer(LCP), Polyphenyl sulfide(PPS) Polyphenylpropylene(PPP), Polybenzimidazol(PBI)

Polylactide(PL),Polyimide(PI),Polyetherketon(PEK), Florpolymer(FP)

08/22/24 11

Các loại polymer kỷ thuật và polymer đặc biệt gọi chung là polymer chất lượng cao và dùng trong công nghệ cao như công nghệ sản xuất máy bay, tàu vũ trụ…Trong số đó, chỉ một số là có khả năng phân hủy sinh học:

Polybenzimidazol(PBI) Polyamide(PA)

Polyimide(PI) Polylactide(PL)

TÍNH CẤP THIẾT, Ý NGHĨA, LÝ LUẬN

VÀ THỰC TIỄN

Sự khác biệt chính trong cấu trúc các lọai polymer không tự phân hủy với các polymer tự phân hủy sinh học là các nhóm chức tạo nên sự sống trên trái đất- C-H-O-N-S-P

Những polymer mạch thẳng có chứa các nhóm chức trên dễ dàng tham gia vào các phản ứng oxy hóa-khử trong các điều kiện tự nhiên của môi trường để rồi với sự tấn công của các vi sinh vật, chúng tan rã theo thời gian

Những polymer tuy có nhóm oxy như polystyrol (P), nhưng với cấu trúc có

vòng benzen , khả năng tham gia vào phản ứng oxy hóa khử trong điều kiện tự nhiên thấp hơn, nên các vi sinh vật khó lòng tấn công hơn, làm cho thời gian

tự phân hủy của nó kéo dài

Đối với các polymer chỉ có nhóm CH thì thời gian tự phân hủy của nó càng dài hơn Và sẽ là vĩnh cữu nếu nó chỉ tồn tại dưới dạng C-C như than đá hay kim cương Một khác biệt nữa là cùng với sự phân hủy( mà thời gian là rất dài,

khỏang 450 năm), các polymer truyền thống có thể để lại di hại trong đất,

nước, không khí.

08/22/24 13

polymer

BIOPOLYMER POLYMER TT

CÁC DẠNG POLYMER

PHÂN HỦY SINH HỌC

C O O

C O

O

O CH 2 C O CH2

O O

C n

C CH

CH O O

CH

CH 3

3 3

CH CH3

PG

PLA

Xuc tac o

C _

_ _

_

C

C CH22

CH O O

Poly(lactide-co-glycolide)

08/22/24 15

OC

NHCHCO(CH 2 OCCHNHC(CH ) CO

12 )

CÁC DẠNG POLYMER

PHÂN HỦY SINH HỌC

Do có sự khác biệt trong cấu trúc như trên nên polymer tự phân hủy sinh học không có độ dai, bền như các polymer truyền thống Vì lẽ đó, cần thiết phải có những dạng vật liệu tương ứng tính năng của polymer truyền thống để thay thế

Nghiên cứu và sản xuất polymer phân hủy sinh học trong giai đoạn hiện nay là mối quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học, các doanh nghiệp cũng như của toàn thể nhân loại Tầm nhìn của nhân loại trong thế kỷ 21 về vai trò của các loại polymer phân hủy sinh học được tóm tắt trong tuyên bố của tổ chức Hoà bình xanh: Materials made from naturally occurring or biologically produced polymer are the only truly biodegradable< plastics> available Since living

things construct these materials, living things can metabolize them

( Tạm dịch”Các vật liệu được làm từ thiên nhiên hay các polymer sản xuất từ

quá trình sinh học, thực sự là những chất dẻo tự phân hủy Cuộc sống đã tạo nên chúng và có thể phá hủy chúng).

08/22/24 17

TRÊN THẾ GIỚI:

Chỉ khâu tự tiêu mang nhãn hiệu DEXON trên cơ sở Polyglicolide và sau đó

là các poly(D,L, DL lactide) ra đời đã mở ra một hướng đi mới trong tổng hợp polymer.

BIOPOL của hãng ICI, một loại nhựa nhiệt có nguồn gốc từ thực vật, có thể

tự hủy được trong thiên nhiên

MATER B, được điều chế bởi hãng Montedison, ENPOL của Hàn quốc,

BIOXO của Canada đã trở thành những thương hiệu có tiếng và đang chiếm lĩnh thị trường thế giới.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG

& NGOÀI NƯỚC

Sản phẩm của ENPOL (Hàn quốc)

08/22/24 19

Sản phẩm của ENPOL (Hàn quốc)

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG

& NGOÀI NƯỚC

TRONG NƯỚC:

Ở Việt nam, các nhà khoa học trong các viện nghiên cứu hoặc các trường đại học, trong mười năm trở lại đây đã có những nghiên cứu theo hướng nói trên, đặc biệt các nghiên cứu về chitin và chitosan đã thu được những kết quả tốt,đã đưa vào sản xuất trong ngành dược.

Lĩnh vực nghiên cứu biến tính polymer truyền thống bằng một số acetat kim loại cũng đã được tiến hành

Hiện đang có đề tài cấp Nhà nước về biến tính tinh bột với polymer truyền thống để tạo nên polymer có thể phân hủy

Rải rác có một số công trình tổng hợp polymer nhưng chưa đi sâu vào khả năng tự phân hủy và chưa trở thành một xu hướng chính

08/22/24 21

Do olygome và polymer truyền thống đi từ nguyên liệu hóa thạch có các mạch chính chỉ chứa liên kết cacbon – cacbon (loại trừ loại có nhóm cực tính cồng kềnh ở mạch chính như PVA) cho thấy ít có phản ứng xúc tác phân hủy bằng enzym, đặc biệt khi KLPT của chúng lớn.Vì vậy thời gian phân hủy của chúng trong điều kiện tự nhiên hay chôn ủ kéo dài

Để giúp thúc đẩy quá trình này, người ta đã nghiên cứu biến tính chúng Một số phương pháp sau:

TƯƠNG LAI CỦA POLYMER PHÂN

HỦY SINH HỌC

Đưa nhóm có liên kết yếu vào mạch polymer:

Có nhiều cách để đưa “liên kết yếu” vào mạch chính của những polymer này Những “liên kết yếu” được thiết kế cho phép kiểm soát sự phân hủy của polymer kỵ nước KLPT lớn thành polymer KLPT thấp hơn, để sau đó

vi sinh tiêu hoá thông qua quá trình phân hủy sinh học

Trong cách này đặc biệt nhấn mạnh đến chế tạo polymer phân hủy sinh học bằng 2 phương pháp biến tính Đó là đưa nhóm chức vào mạch

chính, đặc biệt là nhóm ester dễ bị phá vỡ bằng thủy phân hoá học và đưa nhóm chức vào mạch chính để có thể xảy ra phản ứng cắt mạch quang hoá, đặc trưng là nhóm cacbonyl.

08/22/24 23

Sản phẩm lai đầu tiên trên thị trường loại này là Biopropylen CP Bio-PP-50 - một hỗn hợp của polypropylen homopolymer trộn với 50% tinh bột và một hỗn hợp của chất dẻo hóa hoặc phụ gia

Biopropylen có độ cứng, bền và chịu nhiệt cao hơn so với PP nhưng lại có độ giãn và bền cơ học kém hơn Không giống như các polymer sinh học khác,

Biopropylen không cần phải sấy khô

Biopropylen và PP nguyên chất có giá tương đương nhau, tuy nhiên tỉ trọng cao hơn 16% của Biopropylen sẽ làm tăng chi phí trong quá trình sử dụng

Biopropylen có thể được sản xuất với bất kỳ một loại polymer PP nào và nhiều loại tinh bột khác nhau như tinh bột ngô, sắn, lúa mì, khoai tây

Sản phẩm này được sử dụng nhằm vào các loại hàng hóa dùng lâu bền hơn là

sử dụng làm bao bì dễ phân hủy Biopropylen cũng được quan tâm cho lĩnh vực chế tạo ôtô, đồng thời nó cũng được nhắm đến mục đích sản xuất đồ dùng gia đình, các sản phẩm tiêu dùng, đồ chơi, điện gia dụng, vỏ điện thoại và các thiết

bị máy tính, các sản phẩm y khoa, bao bì đóng gói mỹ phẩm, các loại đĩa

CD/DVD, đồ nội thất và các sản phẩm cho ngành xây dựng

TƯƠNG LAI CỦA POLYMER PHÂN

HỦY SINH HỌC

Biến tính PVC:

Đối với PVC, là một polymer truyền thống không PHSH ngay, có thể biến tính

nó để tạo ra những hệ polymer mới mà vẫn đảm bảo tính chất của vật liệu nhưng dễ phân hủy để chuyển sang giai đọan phân hủy sinh học với thời gian nhanh hơn khi chưa biến tính Một số ví dụ về biến tính PVC được giới thiệu sau đây:

08/22/24 25

Biến tính PE bằng CaCO3

Giá polymer cao gấp đôi trong 2 năm vừa qua đã làm cho các nhà gia công chất dẻo tăng nhu cầu sử dụng canxi cacbonat (CaCO3 - một loại chất độn thường được dùng để làm giảm giá thành trong sản xuất sơn, giấy và gia công chất dẻo) lên 10%.

Hiện tại, các nhà gia công chất dẻo đã sản xuất thành công các loại túi đựng chất lượng cao chứa tới 15 - 20% CaCO3

Một số loại màng mỏng hoặc vật liệu dẻo trong một vài ứng dụng khác có thể chứa lên tới 30% chất độn này

Ở châu Âu, các màng mỏng dùng để bọc bơ có thể chứa tới 60% CaCO3 Công

ty Ampacet có thể cung cấp các loại hỗn hợp màng có chứa 70 - 80% CaCO3 dùng cho mục đích này.

TƯƠNG LAI CỦA POLYMER PHÂN

HỦY SINH HỌC

Biến tính polystyrene

Hiện nay, polystyren (PS) được sử dụng rộng rãi làm bao bì thực phẩm do có chi phí thấp và tính cách điện Các hộp PS thường có thể mất hàng trăm năm

để phân hủy, kể cả đã được tăng tốc nhờ hóa chất phụ gia và các phương

pháp khác Tuy nhiên, các hóa chất và phương pháp này đều rất đắt và cũng gây hại cho môi trường.

Các nhà sản xuất trước đây đã cố gắng làm cho chất dẻo thân môi trường hơn bằng cách kết hợp chúng với xenlulô và tinh bột để vi khuẩn có thể phân hủy, hoặc thêm các polymer bắt sáng để phân huỷ chúng dưới ánh sáng mặt trời Tuy nhiên, tất cả các phương pháp này đều có các bất lợi nghiêm trọng.

Bioxo dùng chất phụ gia dẻo phân hủy sinh học hoàn toàn (TDPAC) do các nhà cung cấp chất phụ gia polymer của Canađa phát triển Chất phụ gia này trộn với colophan sẽ hoạt động như một chất xúc tác làm tăng quá trình phân hủy, không làm giảm tính năng trong khi vật liệu được dùng làm bao bì

08/22/24 27

Tạo vật liệu composite giữa polymer truyền thống và polymer PHSH:

Việc sử dụng PVA với một số chất khác như tinh bột, xenlulozo…để tạo nên những dạng vật liệu hệ polymer composite có chất lượng tốt cũng là hướng nghiên cứu biến tính polymer truyền thống có triển vọng cao.

Nếu xét trên khía cạnh độ bền vật liệu thì sự kết hợp giữa polymer PHSH với một số sợi gia cường , như sợi thủy tinh chẳng hạn, sẽ cho ta một vật liệu mới

có độ bền cao hơn.Ví dụ sau đây chứng minh điều đó:

Khi có sự kết hợp với sợi thủy tinh gia cường để tạo thành dạng

polymer mới GFRP Reinforced-Polymer) thì độ bền uốn

(Glass-Fibre-và ứng suất đàn hồi của các polymer PHSH nói trên đạt cực đại (100%).

TƯƠNG LAI CỦA POLYMER PHÂN

HỦY SINH HỌC

Sử dụng chất lỏng ion hóa để tái chế polymer:

Phương pháp triệt để nhất để tái chế chất dẻo là giải trùng hợp polymer thành các monome và sử dụng các monome này làm nguyên liệu sản xuất polymer mới Nhưng phần lớn các phương pháp giải trùng hợp đã được phát triển đều đòi hỏi sử dụng nhiệt độ cao, sử dụng dung môi chọn lọc hoặc phải có thiết bị cao áp chuyên dụng

Các nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn đang tiếp diễn.

nông nghiệp như dầu béo, xenlulozo, tinh bột và glyxerin – sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất biodiesel.

Vinapol®- tại sao không?

Sự phân hủy trong đất của

màng Vinapol® thế hệ thứ nhất

08/22/24 31

Biodegradable materials for packing

Màng Vinapol® thế

hệ thứ hai

Vinapol®- tại sao không?

Mặc dù tính chất vật lý của Vinapol® chưa có độ bền kéo như các polymer truyền thống, nhưng nó lại có các khả năng khác như hút ẩm ( 600 lần so với trọng lượng của nó), phân hủy hoàn toàn thành CO2 và H2O trong vòng 30-

45 ngày khi chôn trong đất Khi sử dụng làm bầu ươm cây, nó không chỉ có tác dụng giữ ẩm mà còn làm cho đất tơi, xốp, tăng khả năng phát triển của cây trồng.

Vinapol® được sản xuất trong phòng thí nghiệm ở dạng viên, có thể gia

công thành chất dẻo khi pha với nước nóng trước khi đưa vào khuôn để tạo thành phẩm

Sản phẩm ứng dụng đầu tiên của Vinapol® được dùng làm vật liệu bọc phân NPK để hạn chế việc hòa tan của NPK trong nước ở ruộng lúa hay vùng

canh tác bị mưa