Polime phân hủy sinh học – vật liệu bao bì sinh học

Polime phân hủy sinh học – vật liệu
Polime phân hủy sinh học – vật liệu
bao bì sinh học
bao bì sinh học
GVHD:
GVHD:
TS. Đoàn Thị Thu Loan
TS. Đoàn Thị Thu Loan
Đặt vấn đề
Đặt vấn đề
•
Bây giờ người dân đã quen sử dụng bao bì nhựa để đựng đồ mỗi khi đi siêu thị mua sắm hay trong sinh hoạt hàng
ngày. Thế nhưng, ít ai biết rằng, đằng sau sự tiện lợi của những chiếc túi nhỏ là một vấn nạn về môi trường.
•
Ở Việt Nam mỗi năm sử dụng khoảng nửa triệu tấn chất dẻo để làm bao bì nhựa và con số này ngày một tăng.
Đặt vấn đề
Đặt vấn đề
•
Theo thống kê sơ bộ của Bộ Tài nguyên Môi trường, trung bình 1 ngày ,1 người tiêu dùng phải sử dụng ít nhất 1 túi nilon.
•
Nilon: thời gian phân hủy 50 năm → ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường.
•
Nhựa nhiệt dẻo phải mất ít nhất từ 10 đến 30 năm,thậm chí là 1 thế kỉ, mới có thể phân hủy hết.
•
Đốt →ô nhiễm không khí
•
Chôn lấp → tốn đất, ảnh hưởng nguồn nước ngầm
•
Tái chế → tốn kinh phí + hiệu quả kinh tế thấp

•
Chính vì những lí do trên mà các nhà khoa học trên thế giới đang tìm loại vật liệu thay thế và một số nhà nghiên cứu đã đưa ra sản
phẩm bao bì tự phân rã.
•
Tuy nhiên, những sản phẩm phân hủy sinh học lại có giá thành cao
Bao bì sinh học
Bao bì sinh học
Bao bì sinh học là sản phẩm từ nguyên liệu tự nhiên , có thể là polymer được tách trực tiếp từ sinh vật hay polymer tổng hợp từ
các monomer có nguồn gốc sinh học , hay các hợp chất hữu cơ thiên nhiên được biến đổi.
Bao bì từ vật liệu sinh học phải đáp ứng được các tiêu chuẩn như: tính chống thấm, đặc tính quang học, 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,phải
đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.
Quá trình phân hủy của
Quá trình phân hủy của
polyme phân hủy sinh học
polyme phân hủy sinh học
MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU
MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU
Hiên nay, vật liệu bao bì sinh học chủ yếu từ polymer sinh học chẳng hạn như: Tinh bột,cellulose, protein, pullulan, gelatin…và các monomer
từ chất hữu cơ lên men.
-
Vật liệu từ tinh bột.
-
Vật liệu từ Cellulose.
-
Vật liệu từ Chitin và Chitosan.
VẬT LIỆU TINH BỘT
VẬT LIỆU TINH BỘT
1.
Đây là nguồn nguyên liệu phong phú, có sẵn và rẻ tiền.

2.
Có 3 loại polymer phối trộn:
•
Poly(hydroxy lalkanoates) (PHA)
•
Polylactic acid (PLA)
•
Thermoplastic tinh bột (TPS).
Vật liệu PLA
Vật liệu PLA
Polylactic axit hoặc polylactide ( PLA ) là một nhựa nhiệt dẻo polyester béo có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo , chẳng hạn , bột
rễ cây, hoặc tinh bột (ngô, bắp…), hoặc mía. Axit lactic được chế tạo ( thông qua lên men tinh bột) là đồng sản phẩm của quá trình xay
ướt ngô.
Ở Châu Á, người ta sản xuất PLA chủ yếu dựa vào nguyên liệu từ tinh bột bắp.
•
PLA thường được blend với tinh bột để gia tăng độ phân hủy sinh học và giảm giá thành. Tuy nhiên, độ giòn của blend PLA-TB là nhược điểm cơ bản
trong ứng dụng. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng chất hóa dẻo KLPT thấp như glyxeri, sorbitol và trietyl citrate.
•
PLA không được khuyến khích tiếp xúc nhiều với thực phẩm do phương pháp chế tạo là phương pháp lên men.
•
Ứng dụng PLA làm những sản phẩm ép nóng như cốc uống, khay đựng thức ăn 1 lần, hộp đựng và lọ trồng cây. Vật liệu có tính chất cơ học tốt, cho
phép thay thế PS và PET trong một số trường hợp.
Vật liệu PHAs (Poly(hydroxylalkanoates))
-
Polyhydroxyalkanoates hoặc PHAs là polyeste thẳng được sản xuất trong thiên nhiên bằng cách lên men vi khuẩn đường hoặc chất béo.
-
PHAs có tính chất thay đổi trong dải rộng, từ rắn, dòn, đến dẻo tùy thuộc vào kích thước gốc R và thành phần polyme. Nếu gốc R=CH3 thì ta có PHB
có Tm và Tg cao làm cho màng và chết dẻo PHB giòn, nên các copolyme với mắc xích ankyl khác, đặc biệt là R=C2H5 ta có PHV được ưa chuộng
hơn cả, các anhkyl có x= 3-6 do có Tm và Tg nhỏ hơn, tăng độ bền và độ dai cao mà vẫn phân hủy sinh học tốt.
Vật liệu PHAs (Poly(hydroxylalkanoates))

Có 2 phương pháp tổng hợp PHA:
- Phương pháp lên men: nguyên liệu như bắp, ngô, sắn… → glucozo → lên men nhờ VSV→ tổng hợp PHA → tinh chế →cô đặc và phơi
khô trong khuôn.
-
Quá trình tổng hợp: dựa trên sự phát triển PHA trong tế bào cây trồng (cấy trực tiếp polyeste vào tế bào, phụ thuộc vào VSV và quá trình
canh tác) → homo-hay copolyesters với axit hydroxyalkanic khac nhau được tạo ra → trích ly nhựa từ cây trồng ( bằng cách phá vỡ các tế
bào) → tìm cách loại dung môi đi. Tốn kém.
Vật liệu PHAs (Poly(hydroxylalkanoates))
•
PHAs thương mại thông dụng nhất là copolymer PHB/PHV cùng chất hóa dẻo/chất hóa mềm và phụ gia vô cơ như TiO2 và CaCO3.
•
Shin và các cộng sự (1997) cho thấy rằng PHB/PHV phân hủy gần như hoàn toàn trong 20 ngày cấy trong dịch tiêu hóa yếm khí. Còn ở điều kiện chôn
mô phỏng, PHB/PHV phân hủy trong 6 tháng
•
Một ưu điểm của PHA so với PLA là khả năng tự phân hủy của nó rất cao và dể tổng hợp.Khi được đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên thì nó tự phân
hủy thành CO2 và nước. Điều này có nhiều ứng dụng trong cuộc sống
Vật liệu TPS (thermoplastic Starches)
-
Những polyme này được tạo ra từ tinh bột bắp,lúa mì,khoai tây có chứa nhựa nhiệt dẻo.
-
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 mà đáp ứng nhu
cầu thị trường
A, EAA(copolyme là ethylen-acrylic acid):
A, EAA(copolyme là ethylen-acrylic acid):
Được nghiên cứu từ năm 1977. Nhược điểm của loại plastic này là nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường, dễ bị rách trượt và
không được phân hủy hoàn toàn với vi sinh vật.
Vật liệu TPS (thermoplastic Starches)
B, Starch/vinyl alcohol copolymers:
B, Starch/vinyl alcohol copolymers:
-

Điểm hạn chế của những vật liệu này là giòn và nhạy cảm với độ ẩm.
-
Cơ chế phân hủy:
•
Thành phần tự nhiên: dù được che chắn bởi cấu trúc mạng nhưng vẫn bị phân hủy bởi
enzyme của vi sinh vật.
•
Thành phần tổng hợp được phân hủy do sự hấp phụ bề mặt của vi sinh vật tạo bề mặt
trống cho sự thủy phân các thành phần tự nhiên.
Vật liệu TPS (thermoplastic Starches)
C, Aliphatic polyesters:
C, Aliphatic polyesters:
-
Polyester béo có điểm tan chảy thấp khó tạo thành vật liệu nhiệt dẻo và thổi tạo hình.Khi trộn tinh bột với polyester béo sẽ cải thiện nhược điểm này. Sự kết hợp
này sẽ tăng thuộc tính cơ,giảm sự nhạy cảm với nước và tăng khả năng phân hủy.
Vật liệu từ Cellulose
Cellulose là nguồn nguyên liệu phong phú không hòa tan trong nước và hầu hết trong dung môi hữu cơ.
Cellophane(giấy bóng kính) là một trong những dạng phổ biến của bao bì từ Cellulose,được sử dụng cho nhiều loại thực phẩm bởi tính chống thấm dầu,khả năng
ngăn cản sự tấn công của vi khuẩn,tính trong suốt của nó
Ngoài ra, Cellulose acetate được kết hợp với tinh bột để tạo nên plastic dể phân hủy bới vi sinh vật.Cellulose cũng kết hợp với Chitosan tạo màng có khả năng thấm
khí và thấm ướt cao
Vật liệu bao bì từ cellulose dùng để bảo quản một số loại rau quả dễ bị hư hỏng như chuối , đào, dâu tây, nấm….
Vật liệu từ Chitin và Chitosan
Chitin được tổng hợp chủ yếu bởi côn trùng,tôm cua và nấm sợi.là một loại composit bền vừng tạo bộ khung ngoài bảo vệ cho chúng.Chitin khi khử
một nhóm acetyl tạo thành Chitosan,Chitin và chitosan là 2 loại polyme phù hợp để tạo màng và dạng sợi.
-
Chitin (Poly-N-Acetyl-D-glucosamine ): (C8H13NO5)n
-
Chitosan (Poly-(1-4)-2-Amino-2-deoxy-b-d-glucan): (C6H11O4N)n
BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC “MADE IN VIỆT NAM”

1. Công ty TNHH SX và TM Hồng Tiến Thành ở TP. HCM vừa cho ra đời loại bao bì đựng thực phẩm, nước uống sử dụng:
•
80% nguyên liệu chính là bột bắp, không gây ô nhiễm môi trường và tự phân hủy.
•
20% còn lại của sản phẩm là các phụ gia thực phẩm an toàn
- Khác với hộp nhựa PE, bao bì tự phân hủy này có màu ngà đặc trưng của bột bắp và thơm như bắp rang
- Ưu điểm nổ bật: chịu dược nhiệt độ cao, có thể đưa cả hộp đựng thức ăn vòa lò vi sóng để hâm nóng món ăn
- Quan trọng nhất: sau khi sử dụng, bao bì từ bột bắp sẽ tự phân hủy trong môi trường, nếu chôn xuống đất có độ ẩm cao thì thời gian phân hủy bao bì khoảng 6
tháng.
BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC “MADE IN VIỆT NAM”
2. Nhóm nghiên cứu của Trường ĐH Khoa học tự nhiên TP.HCM vừa chế tạo thành công một loại vật liệu sản xuất bao bì tự hủy hoàn toàn trong môi trường tự
nhiên bằng cách sử dụng tinh bột sắn kết hợp với nhựa PVA (polyvinyl alcohol) cũng có tính chất tự hủy sinh học và chất độn là khoáng sét phân tán ở kích
thước nanomet (ứng dụng công nghệ nano). Theo nhận xét của PGS.TS Hà Thúc Huy, giải pháp này cho phép vật liệu thu được có khả năng phân hủy 100%
trong môi trường chôn lấp tự nhiên. Kết quả thực nghiệm cho thấy độ dẻo, khả năng chịu kéo, chịu xé không kém các loại nhựa thông thường và khi không
cần sử dụng nữa thì loại vật liệu có tên gọi nanocomposite này cũng sẵn sàng mềm như bún. Chỉ một thời gian ngắn chôn lấp, các vi sinh vật có sẵn trong đất
đã “ăn” ngon lành và vật liệu này sau đó biến mất.
Vật liệu nanocomposite đang tự phân hủy
sau ba tháng chôn trong đất - Ảnh do thạc
sĩ Trương Phước Nghĩa cung cấp
BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC “MADE IN VIỆT NAM”
3. CTCP Bao bì Vafaco – một đơn vị thành viên của Tổng Công ty Văn hóa Sài Gòn đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm bao bì tự hủy và đến tháng 2/2011 đã sản xuất
thành công túi nilông tự hủy sinh học. Đây là loại túi tự hủy sinh học được sản xuất từ nhựa HDPE với “chìa khóa” là chất phụ gia reverte (nhập từ Anh). Các nhà
khoa học đến từ các trường đại học của TP.HCM như ĐH Khoa học tự nhiên, ĐH Công nghiệp, ĐH Bách khoa và Quỹ Tái chế chất thải TP đã xác định hàm lượng
chất phụ gia 1% nên khả năng gây độc hại không cao, người tiêu dùng có thể yên tâm sử dụng loại túi sinh học này.
KẾT LUẬN
KẾT LUẬN
Vấn đề thân thiện với môi trường ngày càng được coi trọng nhưng đặc tính vật liệu và giá cả vẫn là những yếu tố quan trọng. Ngày nay, giá của nhiều
loại vật liệu sinh học có thể gần như bằng hoặc vượt hơn một chút so với PET và PA, ngoại trừ PHAs, có giá trị gấp 10 lần plastic truyền thống.
Các nghiên cứu khoa học đã tìm ra một lượng lớn các vật liệu sinh học thích hợp cho bao bì thực phẩm nhưng việc ứng dụng chúng vẫn còn nhiều hạn
chế.

Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
[1]. />[2]. />[3]. />[4]. />[5]. />[6]. />[7] . />Cám ơn thầy cô và các bạn đã
Cám ơn thầy cô và các bạn đã
lắng nghe
lắng nghe