Tiểu luận POLYME SINH học làm NGUYÊN LIỆU CHO CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

TIỂU LUẬN THI KẾT THÚC HỌC PHẦN
CH6076 Cơng nghệ Hóa học xanh
Tên đề tài:
POLYME SINH HỌC LÀM NGUYÊN LIỆU CHO CÔNG NGHIỆP

Học viên
Mã số học viên
Lớp

: Đào Việt Hạnh
: 20222505M
: ETM-HOA03

HÀ NỘI, 2021


MỤC LỤC
Trang
ĐẶT VẤN ĐỀ

2

NỘI DUNG CHÍNH

3

I. KHÁI NIỆM POLYME SINH HỌC

3

II. PHÂN LOẠI POLYME SINH HỌC

4

1. Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ

4

2. Phân loại theo ứng dụng

4

3. Phân loại theo thành phần hóa học mạch chính

4

III. MỘT SỐ POLYME SINH HỌC ĐIỂN HÌNH VÀ ỨNG
DỤNG TRONG CƠNG NGHIỆP

5

1. Polyme sinh học điển hình trong cơng nghiệp

5

1.1. Các polyme có khả năng phân hủy sinh học từ tinh bột và

5

Cellulose
1.2. Protein sinh học (trên cơ sở sinh học từ đậu nành và những
nguồn thực vật khác)
1.3. Chitin và Chitosan
1.4. Nhựa phân hủy sinh học

6
7
8

2. Polyme sinh học ứng dụng trong công nghiệp

10

2.1. Ứng dụng trong nông- lâm nghiệp

10

2.2. Ứng dụng làm bao bì, túi đựng hàng hóa

11

2.3. Ứng dụng trong y-sinh học

12

KẾT LUẬN

14

TÀI LIỆU THAM KHẢO

15


ĐẶT VẤN ĐỀ

Polyme là các đại tử phân tử tổng hợp và tự nhiên cấu thành từ các đơn
vị nhỏ hơn monomer kết nối với nhau dùng để chỉ các hợp chất có khối lượng
phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những
mắt xích cơ bản. Các mắt xích này được nối với nhau thơng qua liên kết cơng
hóa trị. Nghĩa là hai phân tử hoặc nhiều hơn sẽ được nối với nhau và có chung
một cặp eletron. Polyme tự nhiên bao gồm protein, polysaccharides và
nucleic. Polyme tổng hợp đã được phát triển có độ bền và kháng chịu với tất
cả các hình thức giảm cấp.Những đặc điểm này và đặc tính khác chẳng hạn
như độ cứng, tính thấm khí và độ trong suốt có thể được kiểm sốt bằng
những thay đổi trong tổng hợp polyme, trọng lượng phân tử hoặc sử dụng các
phụ gia.
Gần đây, một số loại polyme, chất dẻo đã được sản xuất từ sinh khối và
là vật liệu có khả năng phân hủy sinh học tạo ra một dạng polyme có khả
năng phân hủy sinh học (thành CO2 và H2O) không để lại di hại cho đất, có độ
bền tương tự polyme truyền thống và có giá thành chấp nhận được, là mong
muốn của các nhà sản xuất chất dẻo, nỗ lực của các nhà khoa học.


NỘI DUNG CHÍNH
I. KHÁI NIỆM POLYME SINH HỌC

Polyme sinh học là chất dẻo có nguồn gốc từ các nguồn sinh khối tái

tạo như chất béo thực vật, tinh bột hoặc vi sinh. Với những ưu điểm thân thiện
với môi trường và khả năng ứng dụng đa dạng, polyme sinh học đang được
nghiên cứu, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như các loại nhiên liệu hố thạch
(cịn gọi là polyme dựa vào dầu khí), có nguồn gốc từ dầu mỏ hoặc khí thiên
nhiên. Sản xuất các loại nhựa như vậy có xu hướng địi hỏi nhiều nhiên liệu
hố thạch hơn và sản xuất ra nhiều khí nhà kính hơn so với sản xuất nhựa sinh
học. Một số, nhưng không phải tất cả, nhựa sinh học được thiết kế để phân
hủy sinh học. Nhựa phân hủy sinh học có thể phân hủy trong mơi trường
khơng khí hoặc aerobic, tùy thuộc vào cách chúng được sản xuất. Chất dẻo
sinh học có thể bao gồm tinh bột, xenlulozơ, nhựa sinh học và nhiều loại vật
liệu khác.

Polyme sinh học: Ảnh minh họa
Những chất dẻo này cũng được sử dụng trong các ứng dụng không
dùng một lần bao gồm vỏ điện thoại, sợi thảm, nội thất xe dùng để cách điện,
đường ống nhiên liệu và đường ống nhựa. Các loại nhựa sinh học điện phân
mới đang được phát triển có thể được sử dụng để mang điện mục đích khơng


phải là khả năng phân huỷ sinh học, mà còn tạo ra các sản phẩm từ các nguồn
tài nguyên bền vững.
Các polyme có khả năng phân hủy sinh học có thể thu được từ các
nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo hoặc tổng hợp từ hóa chất có nguồn
gốc dầu mỏ. Sự trộn hợp của hai hay nhiều hơn các polyme có khả năng phân
hủy sinh học có thể tạo ra một polyme có khả năng phân hủy sinh học phù
hợp với những yêu cầu nhất định. Khả năng phân hủy sinh học không chỉ phụ
thuộc vào nguồn gốc mà cịn phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và mơi trường
phân hủy. Khi một vật liệu có khả năng phân hủy sinh học (polyme nguyên
chất, sản phẩm trộn hợp hoặc composit) thu được hoàn toàn từ các nguồn
nguyên liệu có khả năng tái tạo gọi là vật liệu polyme xanh.

Polyme phân hủy sinh học khi gặp tác động của nước, khơng khí, nấm,
vi khuẩn trong tự nhiên, các polyme này sẽ phân hủy thành các chất khơng có
hại cho môi trường.
II. PHÂN LOẠI POLYME SINH HỌC
1. Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ

- Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm
(tm) thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng
hợp bằng phương pháp trùng hợp. Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo
liên kết bằng các liên kết yếu (liên kết hydro, vanderwall). Tính chất cơ học
khơng cao khi so sánh với nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh
được nhiều lần, ví dụ như: polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren
(PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylen tere
phtalat (PET),…
- Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang
trạng thái khơng gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa
học và sau đó khơng nóng chảy hay hịa tan trở lại được nữa, khơng có khả
năng tái sinh. Một số loại nhựa nhiệt rắn: Ure focmadehyt (UF), nhựa epoxy,
phenol focmadehyt (PF), nhựa melamin, poly este không no,…
Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su.
2. Phân loại theo ứng dụng
- Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ,
dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như : PP, PE, PS, PVC, PET,
ABS,..
- Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại
nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như: PC,
PA…


- Nhựa chuyên dụng: Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt

cho từng trường hợp.
3. Phân loại theo thành phần hóa học mạch chính
- Polyme mạch cacbon: polymer có mạch chính là các phân tử cacbon
liên kết với nhau: PE, PP, PS, PVC, PVAC…
- Polyme dị mạch: polymer trong mạch chính ngồi ngun tố cacbon cịn
có các nguyên tố khác như O,N,S… Ví dụ như PET, POE, poly sunfua, poly
amit…
- Polyme vô cơ: như poly dimetyl siloxan, sợi thủy tinh, poly photphat,
…
III. MỘT SỐ POLYME SINH HỌC ĐIỂN HÌNH VÀ ỨNG DỤNG
TRONG CƠNG NGHIỆP

1. Polyme sinh học điển hình trong cơng nghiệp
1.1. Các polyme có khả năng phân hủy sinh học từ tinh bột và
Cellulose
Các polyme có khả năng phân hủy sinh học có chức năng giống như
các thành phần của tế bào vi sinh vật. Vì vậy, để tạo ra được các loại nhựa
hữu ích từ các polyme sinh học, chúng cần được biến tính. Nguồn nguyên liệu
có khả năng tái tạo được biết nhiều nhất có khả năng tạo ra các nhựa có khả
năng phân hủy sinh học là tinh bột và xenlulo.
Tinh bột và xenlulo không phải chất dẻo trong cấu trúc tự nhiên của
chúng, nhưng khi được chuyển hóa thành chất dẻo bằng các phương pháp
khác nhau bao gồm: phương pháp đùn, tạo các nhóm chức, và dẻo hóa. Tinh
bột là một trong những nguồn vật liệu có khả năng phân hủy sinh học rẻ nhất
trên thị trường thế giới hiện nay. Nó là một polyme sinh học sinh học có tiềm
năng lớn để sử dụng trong các ngành công nghiệp không phải thực phẩm. Các
polyme trên cơ sở tinh bột có thể được chế tạo từ ngơ, gạo, bột mì hoặc khoai
tây. Tinh bột có thể chế tạo nhựa nhiệt rắn bằng cách phá vỡ hạt với sự có mặt
của một lượng chất dẻo hóa phù hợp (ví dụ nước hoặc polyancol) trong điều
kiện xác định để gia công bằng phương pháp đùn.

Phân hủy polyme trên cơ sở tinh bột là kết quả tấn công của enzim vào
các liên kết glucozit giữa các nhóm đường làm giảm độ dài mạch, phân chia
các mắt xích đường (thành monoxacarit, disaccrit, …) sẵn sàng tiêu thụ cho
con đường sinh học. Ở hàm lượng tinh bột thấp hơn (dưới 60%) các hạt tinh
bột là những liên kết chủ yếu trong nền nhựa và là nơi để cho vi sinh vật tấn


công. Điều này cho phép nền polyme phân rã thành phân đoạn nhỏ, nhưng
khơng phải tồn bộ cấu trúc polymr phân hủy sinh học thực thụ.
Tinh bột nhiệt dẻo phân hủy sinh học có hàm lượng amylozo trên 70%
và trên cơ sở sinh học tinh bột hồ hóa sử dụng chất dẻo hóa, đặc biệt có thể
tạo ra vật liệu nhiệt dẻo có tính chất tốt và phân hủy sinh học. Tinh bột được
hóa dẻo, thay đổi cấu trúc hoặc pha trộn với các vật liệu khác, tạo ra tính chất
co học hữu hiệu. Quan trọng là tinh bột nhiệt dẻo như thế có thể gia cơng trên
các máy gia cơng chất dẻo thơng thường. Các tính chất ứng dụng tinh bột dẻo
nói chung là màng để chế tạo các túi mua sắm, màng bọc, màng phủ đất.

Xenluluo từ gỗ và cây bông là nguồn thay thế cho dầu mỏ để chế tạo
nhựa xenlulo. Cấu trúc của các este xenlulo bao gồm xenlulo axetat (CA),
xenlulo acetat propionat (CAP) và xenlulo axetat butyrat (CAB) được mơ tả
như trên hình, CAB và CAP hiện nay đang được sử dụng trong sản xuất
nhiều loại nhựa khác nhau ví dụ: tay cầm của các loại bàn chải đánh răng
thượng hạng thường được sản xuất từ CAP, tay cầm của các tơ vít thường
được làm từ CAB.
Phân hủy sinh học xenlulozo là một quá trình phân hủy phức tạp vì
xenlulozo cùng tồn tại với lizin, ví dụ trong tế bào gỗ. Các nấm trắng- đỏ tiết
ra các ngoại bào để phân hủy lizin và các xenluloza để phan hủy (đa phần) các
polyxacarit (mức độ ít hơn) tạo các đường đơn giản, làm thức ăn cho các sinh
vật sau này.
1.2. Protein sinh học (trên cơ sở sinh học từ đậu nành và những

nguồn thực vật khác)
Về mặt hóa học, protein đậu nành là một polyme của amino axit hoặc
polypeptit trong khi dầu đậu nành là một triglyxerit. Qua gia công bằng
phương pháp đùn và công nghệ trộn hợp, polyme protein đậu nành được
chuyển về nhựa có khả năng phân hủy sinh học, trong khi đó, thơng qua việc
chức hóa dầu đậu nành, một nhựa nền phù hợp với composit sợi tự nhiên cũng
được tạo thành. Các nhựa sinh học có thành phần là protein đậu nành là nhựa
nhiệt dẻo có khả năng phân hủy sinh học. Nhựa có thành phần dầu đậu nành
thường là nhựa nhiệt rắn và gần như không phân hủy sinh học. Composite
xanh từ nhựa sinh học có nguồn gốc protein đậu nành và sợi tự nhiên có tiềm
năng trong việc cơng nghệ bao gói cứng, và các ứng dụng trong lĩnh vực vận
chuyển và đồ gia dụng. Đậu nành cung cấp hơn 60% chất béo và dầu cho thực
phẩm. Nghiên cứu ứng dụng đậu nành cho lĩnh vực không phải thực phẩm (nhựa


và composite) đã được thực hiện theo nhiều cách ở nhiều trường đại học của Mỹ.
Đậu nành thường chứa khoảng 20% dầu, 40% protein. Protein đậu nành có giá
trị ở cả ba dạng khác nhau: bột đậu nành, dạng đã được phân lập và đậu nành cô
đặc. Protein đậu nành, bột đậu nành thô và dầu đậu nành từ đậu nành hạt có thể
được chuyển hóa thành nhựa plastic.

1.3. Chitin và Chitosan
Chitin/Chitosan: là loại polyme kỵ nước nguồn gốc từ động vật (vỏ tơm,
cua, vỏ sị), có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa và tạo màng
tốt.
Chitin thường được tìm thấy trong vỏ tơm, cua, bị sát và côn trùng.
Chitin là tiền đề để sản xuất ra chitosan. Loại nhựa này được ứng dụng rộng
rãi trong đời sống hàng ngày (túi, mực in…) cũng như trong y khoa (chỉ khâu
phẫu thuật, mô cấy ghép…). Tuy nhiên, cũng như PHA, giá thành của
Chitosan hiện nay vẫn cịn cao

Tính chất của chitosan như khả năng hút nước, khả năng hấp phụ chất
màu, kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA,…
phụ thuộc rất lớn vào độ deacetyl hóa. Tương tự, khả năng kháng khuẩn,
kháng nấm của chitosan cao hơn ở các mẫu chitosan có độ deacetyl cao. Cụ
thể, khả 8 năng kháng khuẩn tốt đối với chitosan có độ deacetyl trên 90%.
Tuy nhiên, khả năng hút nước của chitosan thì giảm đi khi tăng độ deacetyl.


Chitosan có khả năng ức chế nhiều chủng vi sinh vật: vi khuẩn Gram
âm, vi khuẩn Gram dương và vi nấm. Khả năng ức chế vi sinh vật của
chitosan phụ thuộc vào độ deacetyl, phân tử lượng. So với chitin, chitosan có
khả năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt hơn vì chitosan tích điện dương ở vị trí
C thứ 2 và pH nhỏ hơn 6. Chitosan có độ deacetyl cao trên 85% thì có khả
năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt.
Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt. Tính chất cơ lý của màng
chitosan như độ chịu kéo, độ rắn, độ ngấm nước phụ thuộc nhiều vào phân tử
lượng và độ deacetyl hóa của chitosan. Chitosan độ deacetyl cao có ứng suất
kéo và độ giãn dài giới hạn cao hơn màng chitosan độ deacetyl thấp, tuy nhiên
chúng có độ trương nở thấp hơn. Ngồi ra, tính chất độ rắn của màng chitosan
phụ thuộc rất nhiều vào dung môi sử dụng.
1.4. Nhựa phân hủy sinh học
Hiện nay bắt đầu xuất hiện thêm loại nhựa mới có tên gọi là nhựa
polyme phân hủy sinh học, được cấu thành bởi những polyme có khả năng
phân huỷ thành những phân tử đơn giản như CO 2, H2O, CH4 và sinh khối.
Chúng được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực như: sản xuất bao bì, nơng
nghiệp, y học…

Dưới tác động của các yếu tố như: vi sinh vật (xuất hiện trong lúc chôn
ủ), ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm… loại nhựa này có thể phân huỷ hồn tồn

trong thời gian ngắn mà khơng gây ơ nhiễm mơi trường.
Hiện nay, vì mục đích bảo vệ mơi trường nên phần lớn các loại nhựa
polyme phân huỷ sinh học đều có nguồn gốc từ các nguyên liệu tái tạo như:
tinh bột, xenlulozo, rong biển hoặc vỏ của một số động vật giáp xác như tơm,
cua…
Có rất nhiều tác nhân giúp nhựa polyme phân hủy sinh học và cấu trúc
của polyme phân hủy sinh học bị phân hủy bởi:
- Vi sinh vật:


+ Nấm: xuất hiện trên bề mặt của vật liệu trong điều kiện mơi trường
có khơng khí và nhiệt độ, độ ẩm cao. Nấm phân huỷ vật liệu nhờ enzyme có
trong tế bào của chúng. Sản phẩm sau cùng của phản ứng phân huỷ thường là
CO2, N2, CH4, H2O, khoáng chất và sinh khối.

Nhiệt độ lý tưởng để nấm sinh trưởng và phát triển tốt là 50 - 55 độ C, độ ẩm
lý tưởng khoảng 80%
+ Vi khuẩn: Là những sinh vật đơn bào, thuộc loại ký sinh trùng, có số
lượng đông đảo nhất trong tự nhiên. Cơ chế phân huỷ của vi khuẩn cũng tương
tự như nấm vậy. Khi chúng “ăn” những mảnh nhựa thì sẽ phá vỡ cấu trúc mạch
phân tử, rồi tiêu thụ các chất hữu cơ và sinh ra CO2, H2O, sinh khối, khí metan…

Enzim từ vi khuẩn sản xuất nhựa phân hủy sinh học
- Các tác nhân khác:
Một số tác nhân khác cũng tác động đẩy nhanh quá trình phân hủy sinh
học:
+ Nhiệt độ: Nhiệt độ cũng là tác nhân khiến cho cấu trúc polyme bị phá
vỡ khiến vật liệu bị phân rã vào tạo điều kiện cho q trình phân hủy sinh
học. Ngồi ra, đây cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển
của vi sinh vật. Vì thế có tính quyết định cao đến tốc độ phân huỷ.

+ Độ ẩm: Mỗi loại vi sinh vật sẽ có ngưỡng độ ẩm riêng để sinh trưởng
và phát triển. Đa phần vi sinh vật sẽ thực hiện tốt vai trò phân huỷ sinh học


nhựa polyme phân huỷ sinh học khi độ ẩm trong khơng khí khoảng 80% và
độ ẩm mơi trường >20%.
+ Ánh sáng: Phân huỷ quang là việc sử dụng ánh sáng để làm biến đổi
cấu trúc của vật liệu khiến chúng xuống cấp trầm trọng và dễ bị phân rã hơn.
Tia cực tím trong ánh sáng sẽ tương tác với các liên kết cacbon bậc 3 trong
chuỗi polyme và phá vỡ liên kết này.

Ánh sáng có thể làm thay đổi cấu trúc của vật liệu,làm vật liệu biến màu, nứt
vỡ
2. Polyme sinh học ứng dụng trong công nghiệp
2.1. Ứng dụng trong nông- lâm nghiệp
Màng mỏng từ polyme đã được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp từ
những năm 30, 40 của thế kỷ trước để làm màng che, phủ, hom ươm cây,…
Màng polyme có tác dụng giữ hơi ẩm cho đất, gnăn cỏ dại phát triển, có tác
dụng ổn định nhiệt của đất vì vậy làm tăng tốc độ phát triển của cây trồng. các
polyme làm màng phủ thông dụng là polyetylen tỉ trọng thấp (LDPE),
polyvinylclorua (PVC), polybutylen (PB) và copolyme của etylen với vinyl
acetat,… Tuy nhiên, sau khi hết thời gian sử dụng, các polyme này hầu như
không bị phân hủy hồn tồn trong đất gây ra nhiều khó khăn cho môi trường
và cho bản thân người trồng trọt.


Loại màng phủ polyme phân huỷ sinh học đang được ứng dụng rộng rãi nhất
chính là poly(e-caprolacton) .
Trong những năm gần đây, polyme phân hủy sinh học được định hướng
sử dụng để làm màng che phủ trong nông nghiệp nhờ khả năng tự phân hủy

sua một thời gian nhất định dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và
các vi sinh vật trong đất. Màng phân hủy giúp cho thu hoạch thuận lợi, giảm
giá thành sản xuất và không gây trở ngại cho vụ mùa sau. Các màng mỏng
polyme có thể bị phân hủy quang và phân hủy sinh học. Để vật liệu có khả
năng phân hủy quang, ngừoi ta thường đưa vào polyme một số chất quạ gia
quang hóa và oxi hóa. Tỉ lệ phối trộn được điều chỉnh sao cho khi cây phát
triển thì polyme bắt đầu phân hủy.
Màng mỏng phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột với polyvinylancol,
poly(etylen-co-acrylic axit), polyvinylclorua đã được ứng dụng ở Mỹ. Màng
mỏng poly(e-caprolacton) đã được ứng dụng làm bầu ươm cây giống. Trong
môi trường đất, poly(e-caprolacton) bị phân hủy sinh học, sau 6 tháng tổn hao
48% và sau 1 năm tổn hao tới 95% trọng lượng.
2.2. Ứng dụng làm bao bì, túi đựng hàng hóa
Polyme phân hủy sinh học được ứng dụng chủ yếu làm bao bì cho
ngành cơng nghiệp thực phẩm. u cầu của bao bì làm từ tổ hợp polyme phân
hủy sinh học là phải đạt được các tính chất gần như của polyme tổng hợp.
Polyme thiên nhiên phân hủy sinh học dùng để sản xuất bao bì phổ biến là
polysaccharide, bao gồm tinh bột, cellulose và chitosan.


Mức độ phân hủy của màng mỏng phụ thuộc vào tỉ lệ phối trộn giữa
polyme tổng hợp và polyme thiên nhiên (ví dụ: như tinh bột, xenlulo,…) và
bản chất hóa học của từng cấu tử. Tổ hợp LDPE với 10% tinh bột ngũ cốc
được dùng để sản xuất các túi đựng rác và thực phẩm bằng các công nghệ
thông thường. Pullulan là polyme được tổng hợp từ các loại nấm, có cấu tạo
từ các vịng maltotrise nối với nhau bởi liên kết α-1,6. Đây là polyme tan
trong nước, ứng dụng để sản xuất màng bao gói hàng hóa mỏng và trong suốt,
có thể ăn được và có độ thấm khí thấp.
Polyme (L-lactic axit) (LPLA) được tổng hợp từ phản ứng ngưng tụ
lactic axit, có độ bền kéo đứt 45 ÷ 70 MPa, độ giãn dài khi đứt 85 ÷ 105%.

Phịng thí nghiệm Argonne National đã tìm ra phương pháp sản xuất glucoza
từ tinh bột khoai tây và sau đó lên men glucoza thành Lactic axit với giá
thành khá thấp để có thể sản xuất LPLA và sản xuất bao bì phân hủy sinh học
với giá cả thích hợp. Bao bì từ LPLA được dùng làm túi đựng rác và tạp
phẩm, khăn vệ sinh, bao gói và hộp đựng thức ăn nhanh. Tuy nhiên, do giá
thành cao nên ít được phổ biến trong thực tế.
2.3. Ứng dụng trong y - sinh học
Polyme phân hủy sinh học đã được thử nghiệm làm mô cấy phẫu thuật
trong phẫu thuật mạch máu và chỉnh hình, làm vật liệu nền để giải phóng
thuốc lâu dài (có thể điều khiển được) bên trong cơ thể và được xếp vào nhóm
vật liệu sinh học.
Trong lĩnh vực này, polyme phân huỷ sinh học đã được ứng dụng trong
việc:
+ Thay thế tế bào bị bệnh hoặc không hoạt động được nữa: Chitosan và
collagen là hai loại polyme có tính ứng dụng trong lĩnh vực y học cao. Từ hai
loại polyme này người ta chế tạo ra các tế bào nhân tạo mới thay thế cho các


tế bào bị bệnh hoặc khơng cịn hoạt động. Ví dụ: Mô nhân tạo từ collagen đã
được nghiên cứu và chế tạo thành công để thay thế cho những mô da bị hỏng
+ Thay thế toàn bộ hoặc từng phần chức năng của các cơ quan: trong
phẫu thuật lắp ghép lại những đoạn xương bị hư hại hoặc gãy nát. Bác sĩ sẽ
dùng vật liệu composite giữa chitosan với hydroxyapatite làm chất lấp đầy
chỗ trống, giúp khung xương khoẻ và chắc hơn.

Bột xương nhân tạo làm từ polyme phân huỷ sinh học
Ví dụ: Chỉ khâu phẫu thuật Catgut là loại chỉ khâu phẫu thuật thường
dùng trong y khoa. Loại chỉ này có thành phần đến 98% là collagen, giúp giữ
vết khâu tốt và đặc biệt là có thể tự tiêu trong vòng 14-21 ngày. Tế bào bị tổn
thương gây ra sự thiếu đồng bộ về cáu trúc, ví dụ phần mềm bị đứt sâu hoặc

xương bị gãy và các hiện tượng khác không thể tụ khỏi được. Đưa vật lạ hoặc
thiết bị để giữ tế bào gắn lại với nhau có thể làm tốt lên q trình chữa bệnh.
Ví dụ chỉ khâu để giữ cho vết thương cả loại sâu và loại nông. Khi chữa xong
vết thương, chỉ khâu lúc này khơng cần thiết và có thể gây lên sự bất lợi
không mong muốn.Tốt hơn hết là vật liệu cấy phải được lấy ra cho tự phân
hủy.


Chỉ phẫu thuật từ polyme phân hủy sinh học
Trong lĩnh vực y học, một nhóm polyme phân hủy sinh học mới đã
được phát triển để hỗ trợ đưa thuốc vào trong cơ thể. Các polyme này có khả
năng giải phóng thuốc liên tục vào môi trường xung quanh các khối u, các mơ
bị viêm và các túi nội bào có dị vật. Trong số đó có những loại polyme có khả
năng phân hủy thành các thành phần được Cục Quản lí Thực phẩm và Dược
phẩm Mỹ (FDA) chấp thuận. Quá trình phân hủy của các polyme này khơng
sinh ra axit gây viêm mà tạo ra các sản phẩm thẩm thấu màng, cho phép tất cả
các sản phẩm phụ của polyme khuyếch tán ra ngồi tế bào. Điều này có nghĩa
là sản phẩm phụ sẽ khơng tích lại trong mơ và gây viêm cho bệnh nhân.
Polyme polyester-amide (PEA) dùng để phát tán thuốc trong cơ thể đã được
công nhận rộng rãi là hợp chất tương thích sinh học và có khả năng phân hủy
tự nhiên trong cơ thể thành các axit amin.
Một số polyme phân hủy sinh học tổng hợp mới có khả năng được ứng
dụng làm chất mang cho protein tạo xương trong kỹ thuật mơ xương, có thể
được sử dụng kết hợp với các nguyên liệu sinh học làm nguyên liệu ghép
xương nhằm đẩy mạnh quá trình hồi phục xương.
Một trong những phát triển mới khác là stent đặt trong mạch, được chế
tạo từ polyme PHSH kết hợp đồng thời với các chất có hoạt tính sinh học. Do
stent kim loại có thể tạo huyết khối gây nghẽn mạch và không thể bị phân hủy
nên xu hướng hiện nay là thay thế chúng bằng stent làm từ vật liệu polyme
tổng hợp tái hấp thụ sinh học. Các polyeste tái hấp thụ sinh học như poly

(D,L-lactide) đã được chứng minh có khả năng tương thích sinh học rất cao
trong nhiều loại mô khác nhau.


KẾT LUẬN

Polyme sinh học làm nguyên liệu cho công nghiệp có khả năng bị phân
hủy trong tự nhiên do các tác động của các loại vi sinh vật như các vi khuẩn,
nấm mốc, xạ khuẩn và các enzim. Các polyme có khả năng phân hủy sinh học
có thể thu được từ các nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo hoặc tổng hợp từ
hóa chất có nguồn gốc dầu mỏ. Sự trộn hợp của hai hoặc nhiều hơn các
polyme có khả năng phân hủy sinh học có thể tạo ra một polyme có khả năng
phân hủy sinh học phù hợp với những yêu cầu nhất định, khả năng phân hủy
sinh học khơng chỉ phụ thuộc vào nguồn gốc mà cịn phụ thuộc vào cấu trúc
hóa học và mơi trường phân hủy.
Riêng trong cơng nghiệp hóa chất, polyme sinh học được ứng dụng
rộng rãi do tính bền với hóa chất, đặc biệt là bền với môi trường axit, kiềm
mạnh. Một số polyme thông dụng như polyetylen (PE), polypropylen (PP)
được sử dụng làm bao bì đựng các loại hóa chất, các bình chứa axit, bazơ
mạnh. Một số loại polyme khác được dùng làm vật liệu phủ bảo vệ chống ăn
mòn cho các bể mạ, các hệ thống thiết bị trong công nghiệp hóa chất,… Ứng
dụng của polyme sinh học trong cơng nghiệp hóa chất vơ cùng phong phú, vì
mỗi loại polyme lại có khả năng bền trong những mơi trường hóa chất khác
nhau. Trong khn khổ tiểu luận này, nhóm tác giả chỉ giới hạn nội dung vào
một số vật liệu polyme tính năng cao đã và đang được sử dụng phổ biến trong
các lĩnh vực kỹ thuật cao và đặc biệt trong cơng nghiệp hóa chất. Đó là các
loại vật liệu polyme blend, polyme compozit và polyme nanocompozit.
Bên cạnh ứng dụng làm ngun liệu cho cơng nghiệp, thì việc áp dụng
polyme sinh học cũng được đa dạng hóa cho các ngành nơng-lâm nghiệp
khác. Ví dụ như việc ứng dụng polyme sinh học trong việc cung cấp thông tin

về màng bảo quản trái cây giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, ngăn
ngừa sự phát triển của vi khuẩn.
Việt Nam có tiềm năng rất lớn trong việc ứng dụng polyme sinh học, do
là nước có nguồn lợi rong biển dồi dào từ cả tự nhiên và ni trồng, đồng thời
có nguồn vỏ giáp xác lớn (là nước đứng thứ 2 thế giới trong sản xuất tơm). Vì
vậy, các nhà sản xuất trong nước cần nhanh chóng nắm bắt được những ứng
dụng và lợi ích của polymer sinh học để có những phương án khai thác, tận
dụng tốt lợi thế nguồn tài nguyên sẵn có, đồng thời hợp tác, hỗ trợ nguồn lực
cho các nhà nghiên cứu để cùng đưa polymer sinh học ứng dụng vào cuộc sống
ngày càng rộng rãi hơn, vừa đem lại lợi nhuận, vừa đảm bảo giá trị phát triển
bền vững.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TS. Hồng Thị Hịa, Tổng hợp polyme phân hủy sinh học và ứng
dụng trong hóa học và thực phẩm, Đại học Sao Đỏ, 2018.
2. Trần Bích Lam, Trần Hoàng Thảo, Phạm Quang Hiển, Nguyễn Ngọc
Sơn, Nghiên cứu chế tạo màng polyme sinh học, Báo cáo Khoa học - Hội
nghị cơng nghệ Sinh học tồn quốc, NXB KHKT, Hà Nội, 12/2003, 459-462.
3. Radoslav Grujic, Milan Vukic and Vesna Gojkovic, Application of
Biopolymers in the Food Industry, E. Pellicer et al. (eds.), Advances in
Applications of Industrial Biomaterials,103 -119.
4. Rubie van Crevel, intern Bio-based food packaging in Sustainable
Development, Food and Agriculture Organization of the United Nations,
2016, 72 pages.
5. Jari Vartiainen, Mika Vähä-Nissi, Ali Harlin Biopolymer Films and
Coatings in Packaging Applications—A Review of Recent Development.