NGHIÊN cứu TỔNG hợp POLYMER PHÂN hủy SINH học PHỤC vụ sản XUẤT

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC
PHỤC VỤ SẢN XUẤT
Nguyễn Thị Thu Thảo
1
, Hồ Sơn lâm
1
, Huỳnh Thành Công
1
,
Võ Đỗ Minh Hoàng
1
,
Huỳnh Thị Ánh Hồng
2
, Nguyễn Thị Hải Yến
2
, Phạm Ngọc Trường Sơn
3
.
1
Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng,
2
Đại học Tôn Đức Thắng,
3
Đại học Nông Lâm.

NỘI DUNG
1. Vai trò và tầm quan trọng của polymer phân hủy sinh
học

2. Khái niệm phân hủy sinh học
3. Mục tiêu
4. Thực nghiệm
5. Kết quả và biện luận
6. Ứng dụng
7. Kết luận

VAI TRÒ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA
POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC
–
Các vật liệu ra đời từ polymer truyền thống (PS, PE, PVC,…) đóng một
vai trò rất quan trọng trong đời sống con người. Chúng góp phần làm
cho cuộc sống của con người ngày càng văn minh hơn, hiện đại hơn.
–
Tuy nhiên, trong những năm 60-70 của thế kỷ 20, con người cũng đã
nhận ra rằng các sản phẩm đi từ nhựa truyền thống là mối nguy hại tiềm
ẩn cho môi trường sinh thái vì chúng không thể tự phân hủy. Chỉ có
những tác động cơ học, nhiệt mới có thể phá hủy chúng nhưng lại tạo ra
nhiều độc hại hơn và đòi hỏi những chi phí khổng lồ vượt qua cả giá
thành tạo ra chúng.
–
Nhận ra được mặt trái của vấn đề, con người bắt đầu nghĩ đến những
vật liệu polymer khác thân thiện hơn với môi trường. Polymer có khả
năng tự phân hủy sinh học (biopolymer) đã ra đời.

MỨC ĐỘ TIÊU THỤ VÀ LÃNH VỰC SỬ DỤNG CÁC
LOẠI NHỰA TRUYỀN THỐNG

KHÁI NIỆM PHÂN HỦY SINH HỌC
-

Là một quá trình tự nhiên. Trong đó, các chất hữu cơ được chuyển
thành những hợp chất đơn giản hơn, không làm ô nhiễm môi trường. Sự
phân huỷ sinh học có thể xảy ra trong sinh quyển khi các vi sinh đóng
vai trò trung tâm trong quá trình phân huỷ
(Phạm Ngọc Lân, 2006).
-
Là một quá trình mà sau một thời gian sử dụng, dưới những điều kiện
đặc biệt của môi trường, vật liệu sẽ mất đi một số tính chất do những
thay đổi trong cấu trúc hoá học. Những thay đổi này xảy ra tự nhiên nhờ
các vi sinh vật trong môi trường, từ đó dẫn đến phân huỷ polymer
(ISO
472-1988).
-
Là sự phân hủy do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do họat động
của enzyme dẫn đến sự thay đổi lớn về cấu trúc hóa học của vật liệu
(ASTM).

KHÁI NIỆM PHÂN HỦY SINH HỌC
-
Là khả năng xảy ra phân hủy thành carbon dioxide, methane, nước và
các chất vô cơ hoặc sinh khối. Trong đó cơ chế áp đảo là tác động của
enzyme, của vi sinh vật đo được bằng các thử nghiệm chuẩn trong một
thời gian xác định phản ánh được điều kiện phân hủy
(ASTM).


KHÁI NIỆM PHÂN HỦY SINH HỌC
Hình 1. Chu trình phân hủy sinh học tự nhiên.

ỨNG DỤNG CỦA

POLYMER PHÂN HỦY SINH HỌC

THỰC NGHIỆM

MỤC TIÊU

Thay thế các sản phẩm ra đời từ các loại
nhựa truyền thống

Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

Giải quyết vấn đề rác thải rắn

Cải thiện hệ sinh thái

Ứng dụng trong nông nghiệp

NGUYÊN LIỆU
PVA
PE
UREA
BẮP SẮN
CHITOSAN CELLULOSE
GLYCEROL

THỰC NGHIỆM
Tính chất
Cơ học (ASTM D882-91)
Khả năng hấp thụ nước (ASTM D570-98)
Khả năng phân huỷ sinh học (Phương pháp chôn ủ)

Ứng dụng
Bầu ươm cây (VINAPOL
®
-FAW)
Bọc phân NPK (VINAPOL
®
-PL/AW)
Màng bọc trái cây (VINAPOL
®
-FfF)
Tổng hợp 4 mẫu: 1, 2, 3, 4

KẾT QUẢ

1. KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA MÀNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÔN TRONG ĐẤT
Mẫu 1 (ngày đầu tiên) Mẫu 1 (sau 14 ngày) Mẫu 2 (ngày đầu tiên) Mẫu 2 (Sau 14 ngày)
Mẫu 3 (ngày đầu tiên) Mẫu 3 (sau 23 ngày) Mẫu 4 (ngày đầu tiên)
Mẫu 4 (sau 23 ngày)
Hình 1. Khả năng phân hủy của mẫu trong đất.


–
Các mẫu có tốc độ phân huỷ rất nhanh. Khi vừa chôn trong đất sau
một ngày, các màng có sự thay đổi rõ về hình dạng so với ban đầu,
các mẫu đều có hiện tượng trương lên, nhăn lại. Sau 5 đến 30 ngày,
các mẫu bắt đầu xuất hiện nấm mốc trên bề mặt và chúng bắt đầu
phân hủy hoàn toàn sau 45 đến 60 ngày tùy thuộc vào thành phần
cũng như tỷ lệ các nguyên liệu tạo màng.
–

Quá trình phân hủy trên chứng tỏ có sự tấn công của vi sinh vật trong
môi trường sống làm bẻ gãy các liên kết hóa học trong cấu trúc màng,
dẫn đến kết quả là màng có khả năng phân hủy.
1. KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA MÀNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÔN TRONG ĐẤT

2. KHẢ NĂNG HẤP THỤ NƯỚC CỦA MÀNG
Hình 2. Độ hấp thụ nước của màng.
–
Khi hàm lượng nguyên liệu chính
tăng dần thì khả năng hấp thụ
nước của màng giảm.
–
Mặt khác, chất phụ gia cũng có
ảnh hưởng rõ rệt đến độ hấp thụ
nước của màng.
–
Điều này có thể được giải thích là
do có sự hình thành các liên kết
hydrogen liên phân tử, sẽ ngăn
cản sự thâm nhập của nước vào
màng làm cho độ hấp thụ nước
của màng giảm dần.

3. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA MÀNG
Hình 3. So sánh ảnh hưởng của phụ gia 1 và
phụ gia 2 đến độ bền kéo đứt của màng.

Hình 4. So sánh ảnh hưởng của phụ gia 1 và
phụ gia 2 đến độ kéo giãn của màng.

Độ bền kéo đứt (TS)
Độ giãn dài (E)
–
Hàm lượng nguyên liệu chính cũng như chất phụ gia đã ảnh hưởng đến TS và E của
màng.
–
TS của màng càng lớn chứng tỏ màng có cấu trúc càng chặt chẽ và ngược lại.
–
Điều này có thể được giải thích dựa vào liên kết giữa các thành phần trong cấu trúc
màng, đặc biệt là liên kết hydrogen.

VINAPOL®-FAW
(10 ngay)
VINAPOL®-FAW
(20 ngay)
VINAPOL®-FAW
(30 ngay)
VINAPOL®-FAW
(40 ngay)
Btt
(10 ngay)
Btt
(20 ngay)
Btt
(30 ngay)
Btt
(40 ngay)
Hình 5. Quá trình phát triển của cây ớt và sự phân hủy của màng VINAPOL®-FAW
và túi nylon thị trường (Btt).

4. ỨNG DỤNG LÀM BẦU ƯƠM CÂY (VINAPOL®-FAW)
Khảo sát trên cây ớt: dùng bầu ươm VINAPOL®-FAW
và túi nylon thị trường (Btt)

Chiều cao (cm) Bề dày thân (cm)
VINAPOL®-FAW Btt VINAPOL®-FAW Btt
20 ngày 10.8 6.4 1.4 1.1
40 ngày 20.8 9.8 2.1 1.4
Thời gian
Bảng 1. Chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng VINAPOL®-FAW và Btt.
4. ỨNG DỤNG LÀM BẦU ƯƠM CÂY (VINAPOL®-FAW)
So sánh giá trị chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng
VINAPOL®-FAW và Btt

4. ỨNG DỤNG LÀM BẦU ƯƠM CÂY (VINAPOL®-FAW)
– Cây phát triển bình thường, đồng thời màng VINAPOL®-FAW có sự thay đổi
hình dạng như trương lên và nhăn lại, sau 5 ngày màng xuất hiện mốc
trắng.
–
Chiều cao và bề dày thân của cây ớt dùng màng VINAPOL®-FAW phát triển
vượt trội so với với màng thị trường
–
Sử dụng bầu ươm VINAPOL®-FAW giúp cây giữ ẩm, chống hạn; đồng thời
trong quá trình phân hủy, bầu ươm VINAPOL®-FAW tự phân hủy tạo ra các
chất mùn, khoáng chất làm tăng dinh dưỡng cho đất, giúp cây phát triển
tốt.
–
Khả năng ứng dụng làm bầu ươm cây của màng VINAPOL®-FAW có tính
khả thi, vừa góp phần giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường, vừa giải
quyết bài toán giá thành cho cây giống.

5. ỨNG DỤNG BỌC PHÂN NPK (NPK-VINAPOL®-PL/AW)
NPKtt NPK- VINAPOL®-PL/AW
NPKtt sau 5 phút
ngâm trong nước
NPK- VINAPOL®-PL/AW sau 7
ngày ngâm trong nước
–
NPK thị trường (NPKtt) tan rất nhanh trong nước và chỉ sau 5 phút bắt đầu
tan rã.
–
Viên NPK sau khi được bọc polymer (NPK- VINAPOL®-PL/AW): khả năng
tan trong nước rất chậm, sau 7 ngày mới bắt đầu có hiện tượng phân rã
màng.
Hình 6. Thí nghiệm kiểm soát quá trình nhả chậm của NPKtt và
NPK- VINAPOL®-PL/AW

trong nước.

Khảo sát độ tan trong nước của NPKtt và NPK-VINAPOL®-PL/AW

NPK- VINAPOL®-PL/AW
(10 ngày)
NPK- VINAPOL®-PL/AW
(20 ngày)
NPK- VINAPOL®-PL/AW
(30 ngày)
NPK- VINAPOL®-PL/AW
(40 ngày)
NPKtt

(10 ngày)
NPKtt
(20 ngày)
NPKtt
(30 ngày)
NPKtt
(40 ngày)
5. ỨNG DỤNG BỌC PHÂN NPK (NPK-VINAPOL®-PL/AW)
Hình 7. Quá trình phát triển của cây ớt sử dụng màng NPK-VINAPOL®-FAW và NPK tt.
Khảo sát trên cây ớt: dùng phân NPK-VINAPOL®-PL/AW
và NPK thị trường (NPKtt)

Chiều cao (cm) Bề dày thân (cm)
NPK-VINAPOL®-PL/AW NPKtt NPK-VINAPOL®-PL/AW NPKtt
20 ngày 19.3 14.5 2.3 1.9
40 ngày 31.2 25.4 3.2 2.8
5. ỨNG DỤNG BỌC PHÂN NPK (NPK-VINAPOL®-PL/AW)
Bảng 2. Chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng NPK-VINAPOL®-PL/AW và NPKtt.
Ngoài chiều cao và bề dày thân phát triển hơn hẳn cây ớt bón bằng NPKtt,
cây ớt bón bằng NPK-VINAPOL®-PL/AW còn phát triển rất đồng đều, lá cây
có màu sắc tươi và sum suê hơn, không thấy xuất hiện các bệnh lý và hiện
tượng vàng lá trong thời gian thí nghiệm.
So sánh giá trị chiều cao và bề dày thân cây ớt sử dụng
NPK-VINAPOL®-PL/AW và NPKtt

ỨNG DỤNG BỌC PHÂN NPK (NPK-VINAPOL®-PL/AW)
– Phân NPK-TT rửa trôi rất nhanh, do đó lượng chất dinh dưỡng cung cấp cho
cây không bằng NPK- VINAPOL®-PL/AW dẫn đến cây phát triển kém hơn,
đồng thời kéo theo việc rửa trôi đất. Cây chỉ phát triển tốt trong thời gian còn
phân và muốn cây tiếp tục phát triển sẽ phải bón phân nhiều lần. Lượng phân

bị rửa trôi khá lớn nên dẫn đến việc hao hụt, gây tốn kém chi phí.
–
Phân NPK- VINAPOL®-PL/AW có thời gian nhả chậm khá dài. Nếu ngâm
trong nước sau hơn 7 ngày mới tan hết. Còn nếu dùng bón cây thì sau 1
tháng phân vẫn còn. Do đó không cần bón nhiều lần, tiết kiệm chi phí, tránh
hao hụt, lãng phí, an toàn với môi trường.
–
Màu sắc của lá và thân cây của mẫu có NPK- VINAPOL®-PL/AW tươi hơn
và không xuất hiện lá bị vàng trong thời gian khảo sát.
–
Các kết quả về thổ nhưỡng và thực vật đang được tiếp tục khảo nghiệm.

6. ỨND DỤNG LÀM MÀNG BỌC TRÁI CÂY (VINAPOL
®
-FfF)
Hình 8. Cà chua trước và sau khi bọc màng VINAPOL®-FfF và các
loại màng khác
Cà trước khi bọc
Cà bọc màng Ntt sau 1 tuần
Cà bọc giấy báo
sau 1 tuần
Cà bọc màng VINAPOL®-FfF
sau 1 tuần
Cà để ngoài không khí
sau 1 tuần
Khảo sát trên quả cà chua:
dùng màng VINAPOL®-FfF
và các loại màng khác