Các ứng dụng hóa học cao phân tử từ bắp pot

Các ứng dụng hóa học cao phân tử từ
bắp
Bắp là cây trồng chiếm 36% sản lượng trên thế giới. Bên cạnh
vai trò lương thực, nguồn tài nguyên tự nhiên, tái sinh được, đa
dụng và có tính tự hoại này đang có nhiều ứng dụng khác trong
thương mại. Trong vai trò nguyên liệu thô, bắp đang dần thay
thế dầu mỏ trong các ứng dụng công nghiệp, từ thùng nhựa đến
cồn cháy sạch. Mục tiêu các nhà sản xuất hiện tại là hướng đến
sản xuất 5 tỷ gallon cồn sinh học từ bắp mỗi năm. Các thành
phần của bắp có thể tìm thấy ở trong hàng trăm các sản phẩm
khác nhau, từ thực phẩm, thuốc, mỹ phẩm, đến chất tẩy rửa keo
và đánh bóng giầy. Ví dụ, dầu bắp được dùng trong kem giữ ẩm
và kem đánh răng. Siro lõi bắp dùng làm chất mang trong mỹ
phẩm.
Phát triển các polymer tự hoại mới là ưu tiên hàng đầu của
ngành công nghệ hóa vật liệu Xanh theo quan điểm bảo tồn môi
trường. Polymer tự hoại từ bắp có một số ưu điểm vượt trội hơn
so với các vật liệu tổng hợp khác. Các polymer dẫn xuất từ tinh
bột bắp (một thành phần của bắp) hoặc từ các carbohydrate khác
làm từ nguồn tái sinh được đã được dùng trong sản xuất vật liệu
bao bì, vải dệt bằng chất dẻo có chất lượng cao cũng như vật
liệu y sinh. Ví dụ MEM sinh học, vi chíp sinh học, màng sinh
học, v.v…Để đạt đến những thành tựu như vậy, nhiều công nghệ
mới ra lò dựa trên những cơ bản về hóa học từ chất liệu trong
bắp được nhiều công ty trên thế giới đầu tư và triển khai.
Polymer tự hoại sinh học gốc từ bắp
Tinh bột , thành phần chính có trong bắp, là một poly-saccaride
hình thành từ nhiều nhóm đường đơn glucose với liên kết carbon
1-4 tạo thành mạch dài chứa 500-2000 đơn vị đường đơn
glucose. Còn có hai loại polymer chính khác trong tinh bột là
amylo và amylopectin. Cả hai loại amylo này đều có tính mềm

dẻo và tiêu hóa được.
Khi hàm lượng tinh bột trong polymer tăng, tính tự hoại của nó
cũng tăng theo và các phần khó phân hủy sẽ giảm đi. Sự giảm
cấp sinh học của polymer gốc tinh bột là kết quả của men thủy
giải tấn công vào liên kết glycoside giữa các nhóm đường dẫn
đến giảm chiều dài mạch polymer và giải phóng các đơn vị
đường đơn ra ngoài môi trường.
Các polymer tự hoại gốc tinh bột đang được khảo sát cho các
ứng dụng tiềm năng trong y sinh học. Ví dụ, các kỹ thuật xử lý
mới và gia cố bằng các chất liệu độn khác nhau đã dẫn đến sự
phát triển các hệ vật liệu có cơ tính so sánh giống như xương.
Các polymer này thích hợp cho cấy ghép thay thế xương, làm
keo gắn xương, hệ phân phối thuốc, và các miếng dán mô ghép.
Các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo chứa tinh bột
Chất dẻo gọi là nhựa nhiệt dẻo chứa tinh bột khi nó có hàm
lượng tinh bột ( amylo) nhiều hơn 70%. Khi chất dẻo này được
hóa dẻo bằng các loại dung môi hóa dẻo cụ thể, chúng tạo ra vật
liệu nhựa nhiệt dẻo mang tính năng tốt và có khả năng tự hoại.
Bản chất ưa nước cao của chất dẻo mang hàm lượng tinh bột cao
có thễ được khắc phục bằng việc trộn thêm chất ngăn cản ái lực
với nước của thành phần tinh bột hoặc thông qua biến tính hóa
học như acetyl hóa, ester hóa, ete hóa. Các polymer gốc tinh bột
thường được hóa dẻo, giảm cấp cấu trúc hoặc tổ hợp với các
polymer tính năng cao khác như polyester mạch thẳng,
polyvinyl alcohol để đem lại các tính chất cơ lý hữu ích cho các
ứng dụng bao bì.
Tổ hợp polyester mạch thẳng với tinh bột
Tổ hợp của polyester tổng hợp mạch thẳng có thể tự hoại với
tinh bột thường được dùng để sản xuất tấm bìa chất lượng cao
và màng để đóng gói. Khoảng 50 phần trăm của polyester tổng

hợp (trong đó chi phí khoảng $ 4.00/kg) có thể được thay thế
bằng các polyme tự nhiên, như tinh bột (khoảng $ 1.50/kg).
Ngoài ra, polyester có thể được biến tính bằng cách kết hợp
thêm các nhóm chức năng (ví dụ, hydroxy, amin, cacbonyl, vv)
có khả năng phản ứng với các polymer tinh bột tự nhiên.
Một số sản phẩm bao bì làm bằng chất dẻo gốc từ tinh bột hiện
đang có trên thị trường. Chúng bao gồm các sản phẩm màng
mỏng (ví dụ, túi mua sắm, túi bánh, túi đựng mồi câu, màng gói
dùng cho lò nướng, và vật liệu lót cho sản phẩm vệ sinh loại có
thể bỏ bồn cầu được) và màng phủ ủ rơm. Một sản phẩm thương
mại có tương hiệu là “BioBag,” được sản xuất từ nhựa
Novamont (phát minh ở Ý) khoảng từ năm 1994. Thực chất, các
sản phẩm bao bì BioBag này được làm từ bột bắp kết hợp với
đầy đủ các chất dẻo phân huỷ sinh học hoặc axit polylactic.
Các sản phẩm khác được sản xuất từ xốp gốc tinh bột. Một ví dụ
nổi tiếng là các hạt bi tan trong nước được làm từ tinh bột khoai
tây thay thế cho bi xốp polystyrene trong đóng gói. Bi xốp gốc
tinh bột mang tính dễ tan và tự hoại đã tạo ra thi phần mới ban
đầu cho chất dẻo tự hoại.
Tổ hợp tinh bột và polyester PBS/PBSA
Polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate
(PBSA), và các polyester khác có thể trộn hợp với tinh bột để
cải thiện cơ tính vật liệu. Các tổ hợp tinh bột và PBS hoặc PBSA
dùng để sản xuất các tấm chất dẻo tự hoại dùng trong tạo hình
nhiệt các khay đựng bánh và các sản phẩm lớp mỏng khác. Độ
bền kéo đứt của các tổ hợp này thấp hơn đơn polyester. Khi tăng
hàm lượng tinh bột vượt 60%, tổ hợp trở nên giòn. Để giảm tính
giòn và tăng độ mềm dẻo, người ta thường thêm vào các chất
hóa dẻo