Polime phân hủy sinh học

CHỦ ĐỀ: VẬT LIỆU BAO BÌ BIOPLASTIC

Vật liệu bao bì sinh học Mở Đầu

Theo thống kê của bộ tài nguyên môi trường, trung bình 1 ngày, 1 người phải sử dụng ít nhất 1 chiếc túi nilong. Thời gian để phân hủy những chiếc túi nilong này là khoảng 50 năm sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường.

Chính vì lí do trên nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu và sản xuất những loại polyme tự phân hủy.

Giới thiệu chung Polyme được xem là “xanh” thì phải thỏa mãn

2 yêu cầu: - Được tạo từ những nguồn nguyên liệu

có thể tái tạo.- Phải trở thành phân bón khi bị phân

hủy.

Bao bì sinh học là sản phẩm từ nguyên liệu tự nhiên, phải đáp ứng được các tiêu chuẩn như:

• Tính chống thấm, co giãn.• Có thể đóng dấu và in ấn dễ dàng.• Kháng nhiệt và hóa chất.• Ổn định, 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, tương tác với thực phẩm và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.

I. Vật liệu TPS và PHA1. TPS:• Polyme TPS là polyme 100% tinh bột đã

có chỗ đứng trên thị trường. Nó có ưu điểm là: chi phí năng lượng thấp, giá cả thấp hơn với plastic truyền thống.

• Để có những thuộc tính như plastic, TPS được trộn với các vật liệu khác. Tinh bột liên kết với các polyme khác, với hàm lượng tinh bột lớn hơn 50% sẽ tạo nên các loại plastic khác.

a. Starch/ Vinyl alcohol copolymers• Có nhiều loại plastic với hình dạng, hoạt tính khác

nhau. Plastic chứa tinh bột có tỷ lệ AM/AP cao hơn 20/80 sẽ ko hòa tan ngay cả ở trong nước sôi, ngược lại thì sẽ bị hòa tan từng phần. Hạn chế của vật liệu này là giòn và nhạy cảm với độ ẩm.

• Cơ chế của sự phân hủy:Thành phần tự nhiên: được che chắn bởi cấu trúc mạng nhưng vẫn bị phân hủy bởi enzyme ngoại bào của vsv. Thành phần tổng hợp được phân hủy do sự hấp phụ bề mặt của vsv.

b. Aliphatic polyesters:• Khi trộn tinh bột với polyester béo sẽ tạo thành vật

liệu nhiệt dẻo và dễ thổi, tạo hình.

• Một số polyester béo thích hợp: Poly -3 -capro -lactone, các polymer tạo thành từ phản ứng của các glycol. Sự kết hợp này sẽ tăng thuộc tính cơ, giảm sự nhạy cảm với nước, tăng khả năng phân hủy.

• Đã có nhiều nghiên cứu thay thế bao bì plastic từ các chế phẩm dầu mỏ bằng bao bì plastic từ bắp. Vật liệu này hạn chế việc gây ô nhiễm môi trường do khi phân hủy không tạo ra các chất gây độc.

2. PLA Được SX từ sự lên men tinh bột. Loại polyme này tiêu tốn ít năng lượng hơn plastic. Thân thiện với môi trường, nhưng ko được sử dụng rộng rãi do chi phí SX cao.

Người ta SX PLA dựa vào nguồn nguyên liệu từ tinh bột bắp. Bắp được xay và cán. Sau đó đường hóa thành các dextrin. Các dextrin này sẽ chuyển thành acid lactic trong quá trình lên men.

• Quá trình cô đặc sẽ làm cho 2 phân tử plastic kết hợp lại thành cấu trúc vòng goi là lactid. Hợp chất này sẽ được làm sạch qua quá trình chưng cất. Sau đó chúng trùng hợp tạo chuỗi polyme mạch dài

• Sau đó, vật liệu này được bán cho các cty và được gia công thêm để cho ra sp cuối cùng. Sau 1 thời gian sử dụng thì PLA sẽ bị hủy đi hoặc tái chế lại.

• Sản xuất bao bì PLA (polylactic acid) từ vỏ quả dưa hấu:

- Hiện nay nguồn nguyên liệu từ vỏ quả 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) tiến hành lên men acid lactic để thu được dung dịch acid lactic. Sau đó tiến hành kết tinh để tinh sạch lactic rồi tiến hành polyme hóa ta thu được polylactic acid. Sau đó định hình theo hình dạng theo yêu cầu.

Nghiền nhỏ

Polymer hóa

Polylactic acid

Định hình

Vỏ dưa hấu

Cấy giống vi khuẩn lactic

Dung dịch acid lactic

Kết tinh để tinh sạch lactic

Sản phẩm

2. PHA

• Poly hydroxylalkanoates hay PHA là một loại polyme có nhiều hứa hẹn đang được nghiên cứu để thay thế cho bao bì plastic.

• PHA được biết đến từ nhứng năm 1925. Hiện nay chúng được tổng hợp từ nhiều nguồn: cacbon, vi sinh vật hữu cơ khác nhau có qua qúa trình gia công.

Phương pháp chính để tổng hợp PHA:• Phương pháp lên men: từ nguồn nguyên liệu như bắp, khoai, sắn ...ta tách chiết lấy glucose, lên men đường trong những tế bào chứa PHA, rửa khuấy đảo giải phóng PHA sau cùng cô đặc phơi khô trong khuôn.

• Quá trình tổng hợp: dựa trên quá trình phát triển PHA trong tế bào thực vật. Đây là kỹ thuật đang được theo đuổi. Quá trình này giông với quá trình trên nhưng bỏ qua giai đoạn lên men. Ta sử dụng dung môi để trích ly nhựa từ cây trồng, sau đó tách loại dung môi. Phương pháp này rất tốn kém.

II. Vật liệu từ cellulose:• Cellulose là nguồn nguyên liệu phong phú.

Ko hòa tan trong nước và hầu hết dung môi hữu cơ. Cellophane (giấy bóng kính) là 1 trong những dạng phổ biến của bao bì xenllulose, được sd cho nhiều loại thực phẩm bởi tính chống thấm dầu, ngăn cản sự tấn công của vi khuẩn và tính trong suốt của nó.

Vd: chúng ta có thể gói bánh mì bằng cellulophan-1, vật liệu phân hủy sinh học

• Ngoài ra cellulose acetate được kết hợp với tinh bột tạo nên plastic dễ phân hủy bởi vsv. Cellulose cũng kết hợp với chitozan tạo màng có khả năng thấm khí và thấm nước cao.

III. Vật liệu từ chitin và chitosanChitin được tổng hợp chủ yếu bởi côn trùng, tôm cua và nấm sợi, là 1 loại composit bền vững tạo bộ khung ngoài bảo vệ cho chúng. Chitin khi khử nhóm acetyl sẽ tạo thành chitosan.

1. Chitin Tên hóa học: poly – N – Acetyl – D – Glucosamine.

Công thức phân tử:

2. ChitosanTên hóa học:

Poly - (1,4) –2 –Amino –2 –deoxy –D –glucan

Công thức phân tử:

IV. Bao bì thông minh và năng động1. Những ứng dụng của OLED và RFID

Hiện nay, các loại màn hình diode phát sáng hữu cơ (OLED – organic Light emitting diode) và các chíp nhận dạng tần số sóng vô tuyến (RFID – Radio Frequency Identifacation) đang được ứng dụng rộng rãi để sản xuất ra các loại bao bì hiển thị thông tin như: “tôi đã hết hạn sử dụng”, “hãy đun cách thủy tôi”... Các thông tin này giúp khách hàng tránh được nhiều rủi ro về vệ sinh và nguy cơ ngộ độc.

2. Bao bì đụng thực phẩm bằng xốp PS phân hủy sinh học Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển 1 phương pháp mới tạo ra xốp PS phân hủy sinh học.

Các nhà khoa học thuộc ĐH khoa học công nghệ ở Trung Quốc đã phát triển 1 phương pháp mới gắn các hạt nhựa hấp thụ nước đường kính khoảng 5 micromet và styren trước khi được polyme hóa để tạo PS.

Khi loại PS này tiếp xúc với nước, các hạt polyme nở ra, phá hủy cấu trúc polyme thành bột sau đó sẽ bị phân hủy sinh học. Xốp PS rẻ hơn so với các vật liệu thường, phân hủy nhanh hơn và không bị mất tính năng trong khi dùng.

Kết luậnDo tính thân thiện với môi trường bao bì Bioplastic nói riêng và vật liệu polyme tự phân hủy nói chung có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong nhiều ngành công nghiệp cũng như đời sống. Với công nghệ sản xuất hiện nay, việc sản xuất polyme tự phân hủy còn có giá thành khá cao, vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn nhựa truyền thống. Nhưng có một điều chắc chắn rằng đây sẽ là vật liệu của tương lai.

The endThanks for your listening