BAO bì SINH học CHÍNH THỨC pdf

báo cáo về bao bì ssinh học tự hủy, bao bì có khả năng tự phân hủy sinh học, nguồn nguyên liệu chế tạo bao bì, ứng dụng trong sinh học và trong cuộc sống hằng ngày, tính mới của bao bì và lợi ích của bao bì

1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Trong xã hội ngày nay, bao bì được sử dụng phổ biến để chứa đựng tất cả các loại hàng hóa trong quá trình bảo quản, vận chuyển, phân phối và kiểm tra Bao bì có tác dụng bảo vệ chất lượng hàng hóa từ khi sản xuất, đến trao đổi thương mại và tiêu thụ, mang lại sự trật tự, hiệu quả kinh tế và thể hiện sự tiến bộ của xã hội

Theo thống kê sơ bộ của Bộ Tài nguyên Môi trường, trung bình 1 ngày, 1 người tiêu dùng phải sử dụng ít nhất một chiếc túi nilon Thời gian để phân huỷ những chiếc nylon này là khoảng 50 năm sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường Nhựa nhiệt dẻo phải mất từ 10 tới 30 năm, thậm chí là một thế kỷ, mới có thể phân huỷ Nếu mang đốt, chúng sẽ gây ô nhiễm không khí Trong khi đó, chôn lấp sẽ rất tốn đất và ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm Hoạt động tái chế cần đầu tư thiết bị máy móc đắt tiền, hiệu quả kinh tế thấp Chỉ riêng năm 1996, thế giới sử dụng 150 triệu tấn nhựa nhiệt dẻo Chính vì những lý do trên mà nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu nghiên cứu polymer tự phân huỷ kể từ những năm 1980 để sử dụng trong nông, lâm nghiệp, chế biến thực phẩm (bao túi đựng thực phẩm) và y tế (màng mỏng phủ vết bỏng và polymer để gắn xương) Năm 1980 trên thế giới mới chỉ có 7-12 sáng chế trong ngành này Tuy nhiên, con số đó đã tăng lên 1.500 trong 10 tháng đầu năm 2003 Hiện Mỹ đã thay thế 30% nhựa nhiệt dẻo bằng polymer tự phân huỷ

Hình 1 :Xử lý bao bì sau khi sử dụng

2

Người Mỹ sử dụng 1901bs nhựa mỗi năm, trong đó khoảng 60lbs thì được dùng

để đóng gói và sẽ được bỏ đi ngay sau khi bao bì được mở Nhiều vật liệu plastic sẽ được bỏ trong nơi đổ rác và là nơi mà chúng tồn taị hàng nhiều thế kỉ ở đó Sự phát triển dân số liên quan đến vấn đề rác thải và nhu cầu phát triển các vật liệu có tính chống dỡ tốt hơn, dẫn đến việc ra đời các công ty nghiên cứu và chế tạo ra các vật liệu polyme phối trộn từ nguồn nông nghiệp Chúng ta tin tưởng rằng vật liệu polyme sinh học sẽ có tiềm năng lớn trong thị trường đóng gói thực phẩm trong 10 năm tới Sự có mặt của nó góp phần làm giảm đi sự phụ thuộc vào dầu mỏ nước ngoài và chúng ta sẽ giải quyết được vấn đề môi trường do nguyên liệu plastic gây ra Trong những năm gần đây, các quốc gia có các đạo luật như: các cơ sở xản xuất phải có trách nhiệm với các sản phẩm do mình làm ra ở giai đoạn cuối vòng đời của nó, chính sách giao vấn đề quản lý chất thải cho các nhà sản xuất, giới hạn lượng bao bì đóng gói thực phẩm, khuyến khích các chính quyền sử dụng vật liệu sinh học Những chính sách này giúp cho việc tạo ra môi trường phát triển cho vật liệu sinh học

Hình 2: Rác thải và bao bì đã qua sử dụng

và cách nhiệt tốt, có độ bền cơ học cao và đặc biệt là rất tiện lợi khi sử dụng Tuy nhiên nhược điểm của nó là phân hủy trong môi trường tự nhiêu rất chậm

Mặc dù đã có nhưng khuyến cáo về vấn nạn ô nhiễm do bao bì nhựa mạng lại

và đã có các loại bao bì giấy thay thế, nhưng con người không thể phủ nhận sự tiện lợi của bao bì nhựa và tiếp tục sử dụng bất chấp lời cảnh báo "Một thời gian đến chúng ta

sẽ đi lại trên các đống rác bao bì"

Các loại bao bì bằng nhựa như PE, PP, PVC, PS … gọi chung là polyolefin Việc sử dụng các loại nhựa đặc biệt là nhựa olefin tăng đáng kể trong những thập niên gần đây vì chi phí thấp tính chất cơ lý tốt Nhưng vấn đề môi trường cũng là thách thức khi đẩy mạnh sử dụng loại nhựa này Bởi vì các loại nhựa olefin không dễ dàng phân hủy trong môi trường tự nhiên, quá trình phân hủy có thể tính bằng đơn vị thế kỷ

Polyolefin phân hủy được tạo ra nhầm đáp ứng hai yêu cầu:

- Hàng hóa để phục vụ đời sống

- Khi phân hủy nhựa đến sản phẩm cuối cùng phải không độc hại với môi trường Vấn đề môi trường liên quan đến việc quá lệ thuộc vào bao bì polyolefin đã khiến cộng đồng các nước trên thế giới lo ngại Hiện nay vấn đề xử lý các loại rác thải bằng nhựa chủ yếu là đốt, trôn và tái chế Tuy nhiên 3 phương pháp này điều mang đến rủi ro cao như khi đốt polyolefin sẽ sinh ra lượng bụi và CO2 lớn, chôn sẽ gây cho đất bạc màu, tái chế nhiều lần thì các loại bao bì sẽ không còn tính cơ lý tốt như ban đầu

Hiện nay các nhà khoa học đã tìm và quan tâm chế tạo các loại bao bì polyolefin phân hủy sinh học (giảm cấp sinh học - Oxo-biodegradation)

Polyme được xem như là “xanh” thì phải thỏa mãn 2 yếu tố:

- Một là chúng phải được tạo ra từ những nguồn nguyên liệu có thể tái tạo, làm đổi mới lại được như: cây trồng,

- Hai là chúng phải trở thành phân bón khi phân hủy

4

Hai điều kiện này thì không phụ thuộc vào nhau Có 2 loại polyme tự nhiên và tổng hợp Polyme tự nhiêu được tạo ra từ các nguồn có thể hồi phục lại được: tinh bột, cellulose và polyme tổng hợp thì dựa vào các chế phẩm của công nghiệp dầu mỏ

Hình 1.1: Vòng đời của các polyme phân hủy sinh học 1.2 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI

1.2.1 Định nghĩa

Bao bì là vật dụng chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành những đơn vị để bán Bao bì có thể gồm nhiều lớp bao bọc, có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm Bao bì phải đảm bảo chất lượng cho sản phẩm, có thể phân phối lưu kho, kiểm tra và thương mại một cách thuận lợi

Bao bì tự hủy được chia làm hai loại: tự hủy thông thường và tự hủy sinh học

- Tự hủy thông thường: là quá trình phân rã vỡ vụn bao bì nhựa ( có nguồn gốc từ dầu mỏ) từ mảnh lớn thành nhiều mảnh nhỏ không có lợi cho môi trường do khó thu gom và không làm bồi bổ cho đất

- Tự hủy sinh học: là quá trình pân hủy triệt để bao bì nhựa (từ nguyên liệu nhựa có nguồn gốc thực vật) do tác động của vi sinh vật và độ ẩm thành phần hữu cơ Polyme phân hủy sinh học là những polyme có khả năng phân hủy thành những phân tử đơn giản như CO2, nước, CH4 , các hợp chất vô cơ hoặc sinh khối, dưới tác

5

động của một số yếu tố, trong đó chủ yếu bởi vi sinh vật khi chôn, ủ trong môi trường

tự nhiên Có số mắt xích cơ bản trong một phân tử polyme nhỏ hơn 5000

 Sự khác nhau của polyme phân hủy sinh học và polyme không phân hủy sinh học:

- Phân hủy được

- Sản xuất từ nguyên liệu thân

thiện môi trường: tinh bột, xenlulozo…

- Cơ tính không cao, chịu nhiệt,

hóa chất, môi trường kém

- Không tái chế được

- Không phân hủy được

- Chủ yếu từ các nguồn tài nguyên không tái tạo được

- Cơ tính tốt, chịu nhiệt, hóa chất, môi trường tốt

Trên cơ sở phương pháp sản xuất, nói chung các vật liệu polyme sinh học dùng

để sản xuất bao bì tự hủy gồm ba nhóm chính sau:

- Polyme được tách trực tiếp từ các nguồn tự nhiên (chủ yếu là thực vật) Ví dụ như: các polysaccarit (tinh bột, cellulose, chitin, chitosan, ) và protein ( như casin, gluten của bột mì)

- Polyme được sản xuất từ bằng phương pháp tổng hợp hóa học từ monome Ví dụ: vật liệu polylactat (PLA) là một polyeste sinh học được polyme hóa từ monome

là polyhydroxybutyrat (PHB) và copolyme của PHB và hydroxy-valerat

Cả ba loại polyme sinh học nói trên đều có tiềm năng làm nguồn vật liệu cho bo

bì trong tương lai gần và sẽ thay thế các loại bao bì vật liệu polyme hiện tại có nguồn gốc dầu mỏ như: PE, PS, PP, PC,

1.3 ĐẶC TÍNH

Bao bì từ vật liêu sinh học phải đáp ứng được các tiêu chuẩn như: tính chống chấm (nước, khí, ánh sáng, mùi), đặc tính quang học( trog suốt, ), tính co giãn, có thể đóng dấu hoặc in ấn dễ dàng, kháng nhiệt và hóa chất Tính ổn định cũng như thân thiện với môi trường và có giá cả cạnh tranh Hơn nữa, bao bì phải phù hợp với quy định về bao bì thực phẩm

Đặc tính của bao bì thực phẩm thể hiện qua ba chức năng quan trọng sau:

- Tương tác giữa bao bì và thực phẩm phải đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm

- Thông tin, giới thiệu sản phẩm, thu hút người tiêu dùng

- Thuận tiện trong phân phối, lưu kho, quản lí và tiêu dùng

Bao bì vật liệu sinh học có thể tự phân hủy trong tự nhiên, vì vậy không ảnh hưởng đến môi trường Nhờ không sử dụng hóa chất tổng hợp, bao bì vật liệu sinh học

sẽ an toàn đối với thực phẩm và sức khỏe con người

Hình 1.3: Quá trình tự hủy của bao bì sinh học

7

Hình 1.4: Cái ly từ vật liêu sinh học tự phân hủy sau 1, 15, 30 và 50 ngày

Tinh bột được biết đến như là nguồn thực phẩm dinh dưỡng quan trọng cho con

người và các loài sinh vật Đây là nguồn nguyên liệu phong phú, có sẵn và rẻ tiền

Trong tự nhiên tinh bột có nhiều ở ngũ cốc, một số loại củ và một số loại đậu

Hạt tinh bột có thể được kết hợp với plastic truyền thống, đặc biệt kết hợp với polyfins Khi đó plastic sẽ được phân hủy bởi vi sinh vật, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột làm tăng độ xốp tạo khoảng trống làm mất tính nguyên vẹn của mạng plastic

Hình 2.1: Sự tạo thành tinh bột

Về bản chất tinh bột là những hạt có cấu trúc tinh thể dạng hạt d = 15-100μm Tinh bột bao gồm 2 thành phần chính là amilozo và amylopectin với tỉ lên amilozo/amilopecitn = ¼, liên kết với nhau chủ yếu bằng liên kết α-D-1,4 glucozit

2.1.1.1 Amylose

Amylose: là polymer mạch thẳng, M= 105-106 g/mol, chiều dài trung bình từ 500-2000 đơn vị glucozo Ở dạng tinh thể amilozo có cấu trúc xoắn ốc

9

Tính chất của amilozo: dễ thoái hóa trong nước, tan trong formandehyt, cloralhydrat, nước, mềm dẻo, nhiều nhóm OH, tạo được liên kết hydro giữa các mạch, làm giảm ái lực giữa amilozo với nước, kết tinh tốt

2.1.1.2 Amylopectin

Amylopectin: là polymer mạch nhánh, có khối lượng phân tử 107-109 g/mol , cấu trúc mạch nhánh được tạo nhờ liên kết α-D-1,6 glucozit, liên kết chủ yếu trong amylopectin là α-D-1,4 gulcozit Mỗi nhánh chứa 20-30 mắt xích glucose

Tính chất: Amylopectin do có mạch nhánh bởi vậy mà độ kết tinh của nó thấp hơn nhiều so với amilose Do cấu trúc không gian lập thể nên nó có khả năng giữ nước

và không hòa tan trong nước, không có xu hướng kết tinh do đó amylopectin không bị biến thoái,

2.1.2 Tính chất của tinh bột

- Tinh bột có khả năng tạo màng, kéo sợi

- Có khả năng tương tác với chất khác như : trương nở trong nước

- Liên kết glucozit bị phân hủy ở nhiệt độ 2500C Ở nhiệt độ thấp xảy ra hiện tượng thoái biến: sự tổ chức lại liên kết hydro và sắp xếp lại các mạch phân tử trong quá trình nhiệt độ hạ xuống Độ bền với ứng suất không lớn

- Có nhóm –OH dễ tham gia phản ứng, nên lợi dụng để biến tính tinh bột, do đó màng tinh bột giòn, có độ xuyên thấm thấp

- Do tính chất giòn, chịu ứng suất kém nên dùng nguyên tinh bột để chế tạo màng thì không có giá trị thực tế bởi vậy tinh bột thường được dùng để tạo blend với polymer khác để tạo polymer phân hủy sinh học

2.1.3 Các loại polyme phối trộn

Có 3 loại polyme phối trộn: poly hydroxyalkanoates (PHA), polylatic acid (PLA), thermoplastic tinh bột (TPS) Ba lọai này được quan tâm trong những năm gần đây

PLA được sản xuất từ sự lên men tinh bột( chủ yếu là tinh bột bắp) Loại polyme này tiêu tốn ít năng lượng hơn plastic Mặc dù những polyme này rất thân thiện với môi trường, nhưng vẫn chưa được sử dụng rộng rãi do chi phí sản xuất còn cao

Polyme TPS là polyme 100% từ tinh bột đã có chỗ đứng trên thị trường Nó có

ưu điểm là: chi phí năng lượng, giá cả thấp hơn plastic truyền thống

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn nhiều rào cản khiến chúng chưa được

sử dụng rộng rãi: sự hoài nghi của người tiêu dùng, chi phí nguyên liệu, chi phí kỹ thuật

10

Hình 2.2: Bắp là nguồn nguyên liệu sản xuất vật liệu tinh bột

2.2 Vật liệu polylactic acid (PLA)

2.2.1 Polylactic acid (PLA)

Được điều chế thành công lần đầu tiên năm 1833 bởi Gay Lussac khi đun nóng

Al Tới năm 1932 cơ sở lý luận của việc tổng hợp PLA được phát minh bởi Wallace Carthers, theo đó PLA được tạo thành khi đun nóng Al trong chân không

PLA là một polyeste mạch thẳng, thuộc nhựa nhiệt dẻo, sản phẩm ngưng tụ của acid lactic PLA là một trong những vật liệu hứa hẹn nhất thu được từ quá trình lên men từ nguyên liệu sắn, ngô, ri đường là tài nguyên tái tạo dễ phân hủy sinh học PLA có khả năng phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên trong thời gian 6-24 tháng

Trong tất cả các biopolymer thì polylactic acid có tính thương mại nhất PLA thương mại là một chất đồng trùng hợp giữa poly (L-lactic acid) và poly (D-lactic acid) Tùy thuộc vào tỷ lệ L-lactic acid/D-lactic acid mà các tính chất PLA có thể thay đổi đáng kể

2.2.2 Cấu tạo và tính chất

2.2.2.1 Tính chất vật lý:

- PLA là một polyeste béo, được tổng hợp nhờ phản ứng trùng ngưng Al Tồn tại ở

20oC và áp suất 101.3 kPa, và là những viên sáng bóng, trong mờ hoặc mờ đục, có mùi kẹo

- Nhiệt độ nóng chảy 160 - 180oC, d = 1,24g/cm3 Là chất không bay hơi

- Kích thước hạt: mỗi viên khoảng 40mg

- Độ hòa tan trong nước: khoảng 20mg/l tại 20oC

11

- Không dễ bốc cháy và không nổ

- Có khả năng phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên

- PLA có tính bền cơ học, trong suốt, tính đàn hồi cao, dễ gia công nhiệt như cán mỏng, tạo khuôn, thổi phun

- Không độc đối với con người Thời gian phân hủy ngắn hơn so với các chất dẻo thông thường khác

- Trong quá trình phân hủy các polymer chịu tác động của môi trường Môi trường

có sự ảnh hưởng quan trọng về số lượng của vi sinh vật và về hoạt động của vi sinh vật

- PLA có thể được thủy phân với nước sôi hoặc hơi nước để có thể tái chế lại monomer Điều này có thể dẫn đến tái chế phân tử

- PLA có thể thủy phân ở 18oC – 35oC trong 30 phút

Hình 2.3: Polylactic acid (PLA) 2.2.3 Nguyên liệu và quá trình

2.2.3.1 Sản xuất PLA dựa vào nguồn nguyên liệu là bột bắp

PLA sử dụng ngô tinh bột làm nguyên liệu để sản xuất polyme Bắp được xay và cán

Sau đó sẽ được đường hóa thành các dextrin Các dextrin này sẽ được chuyển thành các acid lactic qua quá trình lên men Thông qua một quá trình hóa học gọi là sự ngưng tụ, hai phân tử axit lactic đượcchuyển đổi thành một phân tử theo chu kỳ được gọi là một lactide Và rồi sẽ được cô đặc, lúc này 2 phân tử lactic sẽ kết hợp lại thành cấu trúc vòng gọi là lactide Hợp chất lactide này sẽ được làm sạch qua quá trình

12

chưng cất Sau đó chúng sẽ được trùng hợp tạo chuỗi polyme mạch dài Để có nhiều loại thì ta có thể thay đổi phân tử lượng và độ trong Bằng cách thêm vào nhiều chất bổ sung ta sẽ có vật liệu PLA

Sau đó vật liệu này sẽ được bán cho các công ty và nó sẽ được gia công thêm để cho ra sản phẩm cuối cùng Sau một thời gian sử dụng thì PLA sẽ bị hủy đi hoặc được tái chế lại

Hình 2.4: Cơ chế phân hủy PLA 2.2.3.2 Sản xuất PLA từ nguyên liệu là vỏ dưa hấu

Hiện nay nguồn nguyên liệu từ vỏ dưa hấu rất dồi dào, giá trị không cao nên tận dụng sản xuất bao bì sẽ phù hợp

Vỏ dưa hấu sau khi được nghiền (nếu vỏ khô bỏ thêm nước) rồi tiến hành lên men acid lactic để thu được dung dịch acid lactic Sau đó tiến hành kết tinh để làm sạch lactic rồi polyme hóa thu được polylactic acid Cuối cùng định hình theo dạng theo yêu cầu

2.2.4 Điều chế PLA từ acid lactic

Hiện nay, có 3 phương pháp chính để tổng hợp PLA:

 Phương pháp trùng ngưng mở vòng lactit (Ring opening polymerization, ROP )

13

Chất tham gia gồm: Lactic axit (đã làm khan trước khi đưa vào phản ứng) cùng với p- Xylen, xúc tác cho phản ứng là SnCl2 , phản ứng trùng ngưng được tiến hành tại

138 – 140oC, dưới môi trường khí nitơ Một lượng dung môi p-Xylen tinh khiết được

bổ sung thêm vào trong quá trình phản ứng để giữ cho nồng độ monome phản ứng luôn ổn định

 Trùng ngưng trực tiếp Al trong dung dịch có kèm theo quá trình tách nước để thu được polymer có khối lượng phân tử lớn

Đây là 1 phương pháp phổ biến nhất dùng để điều chế PLA Phương pháp này được Carother phát hiện năm 1932 Theo đó, Quá trình tổng hợp PLA trải qua 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Trùng ngưng Al để được oligome phân tử khối thấp, sau đó phân hủy oligome này với xúc tác thích hợp để tạo thành lactit

• Giai đoạn 2: Polyme hóa mở vòng lactit thành PLA, giai đoạn này quyết định hiệu suất và chất lượng sản phẩm

Phương pháp ROP sử dụng các loại xúc tác cơ kim như Sn(II)octoat, ZnCl2, và của các kim loại khác như Al, La, Fe, Ti… cho chất lượng sản phẩm tốt hơn và có độ chọn lọc cao với điều kiện phản ứng đơn giản hơn

Chất lượng của PLA phụ thuộc rất nhiều vào thành phần LA, tỷ lệ DLA/LLA trong hỗn hợp PLA thu được có thể ở dạng vô định hình hoàn toàn, một phần vô định hình, một phần tinh thể, hoặc gần như tinh thể hoàn toàn

 Trùng ngưng Al thành PLA phân tử khối thấp (vài nghìn đến vài chục nghìn đvc), sau đó tăng phân tử khối bằng các tác nhân kéo dài mạch cho đến phân tử khối mong muốn

Hai phương pháp trùng ngưng mở vòng và trùng ngưng trực tiếp là phổ biến nhất

Hình 2.5:Máy gia công vật liệu PLA

PLA có giá thành sản xuất cao, nên nó chủ yếu được sử dụng trong ngành y tế: chỉ tự tiêu, vỏ bọc thuốc nhả chậm, tới những năm 1980 khi áp lực vấn đề xử lí rác thải từ polyme truyền thống thì PLA bắt đầu được quan tâm bởi khả năng tự phân hủy của nó

Trong công nghệ thực phẩm, PLA có thể được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất bao

bì, dụng cụ chứa đựng thức ăn nhanh trong các cửa hàng thực phẩm như: các loại chén, đũa, muỗng, ly uống, ống hút, dao kéo dùng một lần PLA còn được sử dụng để làm các lớp lót trong chén cho đồ uống nóng, thức ăn ngon và bao bì chứa đựng thực phẩm

Hình 2.6: Bao bì vật liệu PLA 2.2.6 Ưu, nhược điểm vật liệu PLA

15

- Các đặc tính của nó không thua gì các loại bao bì khác và việc sử dụng chúng

để thay thế các loại vật liệu khác sẽ trở thành xu thế của thế giới sau này

- Nhẹ, sạch, không thấm khí

- Không thấm nước và dầu

2.2.6.2 Nhược điểm:

Mặc dù có nhiều lợi ích đối với môi trường nhưng vẫn có nhiều khía cạnh

kỹ thuật cần giải quyết Ví dụ : tinh bột rất dễ tương tác với nước nên nhiều thuộc tính của PLA thì phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm Điều này có nghĩa là PLA không được sử dụng trong thị trường chai, lọ

Tốn năng lượng hóa thạch để sản xuất 1kg PLA thì phải mất 54MJ nên sẽ gây hiện tượng nóng lên toàn cầu và hiệu ứng nhà kính

Mặc khác, PLA chịu nhiệt kém, PLA chịu được nhiệt độ tối đa là khoảng

114oF Nếu vượt qua nhiệt độ này thì PLA sẽ bị tan chảy ra

Hình 2.7: Quy trình sản xuất vật liệu PLA

2.3 Vật liệu poly hydroxyalkanoates (PHA)

2.3.1 Poly hydroxylalkanoates

Poly hydroxylalkanoates hay PHA là một vật liệu polyme khác có nhiều hứa hẹn Polyme này đang được nghiên cứu để thay thế cho bao bì plastic Các nhà sinh học đã biết đến sự tồn tại của PHA từ năm 1925 trong tế bào vi khuẩn Nhiều loại

Hình 2.8: Nhóm PHA 2.3.2 Tính chất

2.3.2.1 Tính chất vật lý

Là chất dẻo có khả năng đàn hồi, đặc tính tạo màng tốt Các PHA được sản xuất

ra có tính chất gần giống với PE, polypropylen (PP) hoặc polyeste (PET), polystyren

và có thể thay đổi tính chất bằng cách thay đổi thành phần nguyên liệu chế tạo

Nhiệt độ nóng chảy cỡ 180oC, tỷ trọng 1,25 g/cm 3 Thêm vào đó, loại polymer này hoàn toàn bền trong môi trường ẩm và có độ thẩm thấu oxy rất thấp

2.3.2.2 Tính chất hóa học

Là poly hydroxylalkanoates phổ biến nhất là polyhydroxybutyrate (PHB), được trùng hợp các monome 3-hydroxybutyrate với tính chất tương tự như polypropylen

Hình 2.9: Máy khuấy và máy ly tâm sản xuất vật liệu PLA 2.3.3 Phương pháp tổng hợp PHA

Có 2 phương pháp để tổng hợp nên PHA:

- Phương pháp lên men gồm: trồng các cây trồng như bắp, rồi thu hoạch, tách chiết glucose từ cây trồng Sau đó lên men đường bằng các vi sinh vật có khả năng tổng hợp PHA trong những tế bào chứa PHA, rửa và xoáy đảo tế bào để giải phóng PHA sau cùng là cô đặc và phơi khô trong khuôn

- Quá trình tổng hợp dựa vào sự phát triển PHA trong tế bào cây trồng là một kỹ thuật mà đang được theo đuổi Người ta sử dụng một lượng lớn dung môi được trích

ly từ nhựa cây trồng Sau đó tìm cách loại dung môi đi

18

Hình 2.10: Quá trình tổng hợp PHA 2.3.4 Ưu, nhược điểm vật liệu PHA

2.3.4.1 Ưu điểm

Ưu điểm: PHA có khả năng tự phân hủy cao và dễ tổng hợp Khi đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên thì nó sẽ tự phân hủy thành CO2 và nước Điều này giúp nó

có nhiều ứng dụng trong cuộc sống

Chúng dễ phân hủy trong dất, bền với nước và dễ được chế biến theo tiêu chuẩn chế biến chất dẻo thông thường

2.3.4.2 Nhược điểm

Nhược điểm: tốn kém năng lượng Chi phí sản xuất cao

2.3.4.3 Ưu điểm của PHA so với PLA:

So với PLA, khả năng tự phân hủy của PHA rất cao và dễ tổng hợp Khi được đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên thì nó sẽ phân hủy thành CO2 và nước Điều này giúp nó có nhiều ứng dụng trong cuộc sống

 Ứng dụng:

Một copolymer PHA gọi PHBV ( poly 3 -hydroxybutyrate -co -3- hydroxyvalerate ) ít cứng và ít dai hơn nên nó có thể được sử dụng như vật liệu đóng

19

gói Có những ứng dụng tiềm năng cho PHA được tạo ra bởi các vi sinh vật trong các ngành công nghiệp y tế và dược phẩm, chủ yếu là do khả năng phân hủy sinh học của chúng ví dụ như chỉ tự tiêu, da thay thế, băng vết thương,

Hình 2.11: Bao bì vật liệu PHA 2.4 Vật liệu thermoplastic (TPS)

Vật liệu từ tinh bột có chứa chất dẻo chịu nhiệt (Thermoplastic Starches) Thermoplastic Starches đã có nhiều bước phát triển trong công nghiệp polyme sinh

học Những polyme này được tạo ra từ tinh bột bắp, lúa mì, khoai tây

Thermoplastic Starches (TPS) khác với PLA và PHA là chúng không qua giai đoạn lên men Để có những thuộc tính giống như plastic, TPS được trộn với các vật liệu tổng hợp khác

Tinh bột liên kết với các polyme tổng hợp khác, với hàm lượng tinh bột có thể lớn hơn 50% sẽ tạo nên các loại plastic đáp ứng nhu cầu thị trường

2.4.1 EAA (copolyme là ethylen-acrylic acid)

EAA (copolyme là ethylen-acrylic acid) được nghiên cứu từ 1977 Nhược điểm của loại plastic này là nhạy cảm với sự thay đổi môi trường, dễ bị rách trượt và không được phân hủy một cách hoàn toàn bởi vi sinh vật

2.4.2 Starch/vinyl alcohol copolymers

Starch/vinyl alcohol copolymers tùy vào điều kiện gia công, loại tinh bột và thành phần của copolymer sẽ tạo nên nhiều loại plastic với hình dạng và hoạt tính khác nhau Plastic chứa tinh bột có tỉ lệ AM/AP lớn hơn 20/80, sẽ không hòa tan ngay cả

 Cơ chế của sự phân hủy:

- Thành phần tự nhiên: dù bị che chắn bởi cấu trúc mạng nhưng vẫn bị phân hủy bởi enzyme ngoại bào của vi sinh vật

- Thành phần tổng hợp được phân hủy do sự hấp thụ bề mặt của vi sinh vật, tạo

bề mặt trống cho sự thủy phân các thành phần tự nhiên

Hình 2.12: Bao bì ật liệu TPS 2.4.3 Aliphatic polyesters:

Tinh bột cũng có thể cấu trúc lại với sự hiện diện của các polymer kỵ nước nhứ các polyester béo Polyester béo có điểm tan chảy thấp khó, tạo thành các vật liệu nhiệt dẻo và thổi tạo hình Khi trộn tinh bột với polyester béo sẽ cải thiện được nhiệt điểm này

Một số polyester béo là poly--caprolactone và các copolymer của nó, hoặc các polymer tạo thành từ phản ứng của các glycol như 1,4 – butandiol với một số acid: succinin, sebasic, adipic, azelaic, decanoic, brassilic Sự kết hợp này sẽ tăng thuộc tính

cơ, giảm sự nhạy cảm với nước và tăng khả năng phân hủy

Đã có những nghiên cứu thay thế bao bì plastic từ các chế phẩm dầu mỏ sang dạng bao bì plastic từ bắp