BÁO cáo THỰC tập tại viện hàn lâm khoa học và công nghệ việt nam

PHẦN A. THÔNG TIN VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP

I. Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam là cơ quan của chính
phủ thực hiện các chức năng nghiên cứu cơ bản về Khoa học tự nhiên và phát
triển công nghệ theo hướng trọng điểm của nhà nước nhằm cung cấp luận cứ
khoa học cho công tác quản lý khoa học và cơng nghệ trình độ cao.
Viện thực hiện các hoạt động nghiên cứu cơ bản về khoa học tự nhiên và
phát triển cơng nghệ một cách tồn diện đáp ứng các đòi hỏi và xử lý các vấn đề
phát sinh trong quá trình thực tiễn.

II. Viện Kỹ thuật nhiệt đới
II.1. Giới thiệu về Viện Kỹ thuật nhiệt đới
• Sơ lược lịch sử
Viện Kỹ thuật nhiệt đới (KTNĐ) được thành lập theo quyết định số
248/CP ngày 08/08/1980 của thủ tướng chính phủ, trực thuộc Viện Khoa học
Việt Nam nay đổi tên thành Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Viện trưởng đầu tiên là GS.TS Vũ Đình Cự.
Trụ sở chính của Viện KTNĐ đóng tại 18 Hồng Quốc Việt - Hà Nội.
• Chức năng và nhiệm vụ:
- Nghiên cứu điều tra các yếu tố của điều kiện môi trường nhiệt Việt Nam
(nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ…).
- Nghiên cứu công nghệ chế tạo các vật liệu mới, các linh kiện và thiết bị
thích hợp với điều kiện nhiệt đới Việt Nam.
- Nghiên cứu xây dựng các công nghệ bảo vệ chống ăn mịn, chống lão hố
vật liệu, thiết bị, cơng trình làm việc trong điều kiện khí quyển, dưới nước
và trong lòng đất.
- Giám định chất lượng các loại vật liệu, thiết bị kỹ thuật sử dụng trong môi
trường nhiệt đới và chống ô nhiễm môi trường.
- Xây dựng, biên soạn các tiêu chuẩn thử nghiệm và sử dụng vật liệu, thiết
bị.

1


- Tư vấn, chuyển giao công nghệ và sản xuất thử quy mô nhỏ các vật liệu
mới, các thiết bị khoa học bền với môi trường nhiệt đới.
- Tổ chức hợp tác quốc tế và đạo tạo sau đại học, đào tạo cán bộ kỹ thuật
trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới.
- Tổ chức của viện: Viện được chia ra thành các phịng thí nghiệm chun
đề, các xưởng sản xuất, các trạm thử nghiệm tự nhiên (Quảng Ninh,
Quảng Bình, Nha Trang, Tam Đảo).
II.2. Tổ chức của viện
II.2.1. Các phòng chuyên mơn
1.

Phịng Ăn mịn và bảo vệ kim loại: kim loại, hợp kim, vật liệu bảo vệ vô

2.

cơ, vật liệu bảo vệ kim loại bằng phương pháp điện hóa.
Phịng Hóa lý vật liệu phi kim loại: chất dẻo, vật liệu polyme tổng hợp,

3.

phân hủy, ổn định chống lão hóa polyme.
Phịng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên nhiên: vật liệu bảo vệ, trang trí
hữu cơ, các hợp chất có nguồn gốc sinh học sử dụng trong vật liệu bảo vệ,

4.
5.
6.

trang trí hữu cơ.
Phịng Vật liệu gốm kỹ thuật và điện cao áp: linh kiện và thiết bị điện.
Phòng Kỹ thuật điện tử: linh kiện và thiết bị điện tử.
Phòng nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ: thiết bị cơng nghệ hóa

7.

học.
Phịng Nghiên cứu sơn bảo vệ: sơn bảo vệ, các chất ức chế ăn mòn kim loại

8.

sử dụng trong sơn bảo vệ.
Phòng Dữ liệu, thử nghiệm nhiệt đới và môi trường: lớp phủ bảo vệ kim

9.

loại bằng phương pháp phun phủ nhiệt.
Phịng Vi phân tích: các cấu trúc vật liệu (nghiên cứu bằng kính hiển vi
điện tử quét và nhiễu xạ tia X), vật liệu cao su tổ hợp.

II.2.2. Các xưởng sản xuất
Đang trong giai đoạn được thi công, xây dựng.

2


II.2.3. Các trạm thử nghiệm tự nhiên
Viện có nhiều trạm thử nghiệm tự nhiên đặt tại Quảng Ninh, Nha Trang,

Quảng Bình, Đà Nẵng, Tam Đảo.
III. Phịng Hố lý vật liệu phi kim loại.
Phịng Hóa lý vật liệu phi kim loại là một trong 9 phịng chun mơn của
Viện Kỹ thuật nhiệt đới.
Địa chỉ liên hệ: Phịng Hóa lý vật liệu phi kim loại,Viện kỹ thuật nhiệt đới,
Viện Hàn lâm khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, 18 Hồng Quốc Việt,Cầu
Giấy,

Hà

Nội,

ĐT:

(04)

37564265,

(04)

37563581,

email:


III.3.1. Giới thiệu phịng Hố lý vật liệu phi kim loại.
Phịng có 10 thành viên, trong đó có 1 Giáo sư - tiến sỹ, 3 tiến sỹ, 5 thạc sỹ
và 1 cử nhân.
Lãnh đạo phịng:
- Trưởng phịng: GS.TS. NCVCC. Thái Hồng, ĐT: (04) 37564265

- Phó Trưởng phịng: TS. Nguyễn Vũ Giang, ĐT: (04) 37563581
Các thành viên:
- TS. Đỗ Văn Công
- TS. Đỗ Quang Thẩm
- ThS. Trần Hữu Trung
- ThS. Nguyễn Thị Thu Trang
- ThS. Mai Đức Huynh
- ThS. Vũ Mạnh Tuấn
- ThS. Nguyễn Thúy Chinh
- CN. Trần Thị Mai
III.3.2. Lĩnh vực nghiên cứu, hoạt động
- Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu nhiệt đới tới sự suy giảm tính
chất, sự thay đổi cấu trúc của vật liệu polyme, cao su và các vật liệu phi kim loại
khác.

3


- Nghiên cứu phân hủy và ổn định vật liệu polyme, cao su và vật liệu phi kim
loại khác trong các môi trường khác nhau, dự báo tuổi thọ làm việc của các vật
liệu nói trên.
- Chế tạo polyme blend và vật liệu compozit có chất lượng cao và bền với điều
kiện khí hậu nhiệt đới.
- Nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano, nanocompozit, polyme phân hủy sinh học,
thân thiện môi trường và “vật liệu compozit xanh”.
- Thử nghiệm oxy hóa nhiệt, oxy hóa quang và thử nghiệm thời tiết vật liệu
polyme, cao su và các vật liệu phi kim loại khác trong tủ thử nghiệm oxy hóa
nhiệt, tủ thử nghiệm thời tiết (có tác động của tia UV, nhiệt và ẩm, ozon) và trên
các trạm thử nghiệm khí hậu nhiệt đới Việt Nam.
- Chế tạo các vật liệu mới ở quy mô vừa và nhỏ, ứng dụng chúng vào các lĩnh

vực công nghiệp và đời sống.
- Đào tạo sau đại học về khoa học và công nghệ polyme.
- Hợp tác quốc tế trong lĩnh vực khoa học và vật liệu polyme, cao su và vật liệu
phi kim loại.
III.3.3. Khen thưởng và giải thưởng khoa học - công nghệ
- Giải thưởng khoa học công nghệ: giải ba giải thưởng sáng tạo khoa học công

nghệ Việt Nam (VIFOTEC) do Chủ tịch Liên hiệp các Hội khoa học và kỹ thuật
Việt Nam và Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ trao tặng năm 2005 cho
cơng trình “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend, triển khai công nghệ
sản xuất và ứng dụng phục vụ ngành giao thông vân tải đường sắt Việt Nam”.
- Bằng khen của Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước trao tặng năm 1986

cho đề tài 48.08.02.01 “Nghiên cứu quy luật và cơ chế suy giảm và ổn định
PVC trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam”.
- Huy chương vàng cho cơng trình “Nghiên cứu chế tạo xúc tác và quy trình

sản xuất mút xốp polyuretan” do Trung ương Đồn Thanh niên Cộng sản Hồ
Chí Minh trao tặng năm 1985.

4


- Giải thưởng khoa học cơng nghệ: giải Nhì giải thưởng sáng tạo khoa học công

nghệ Việt Nam (VIFOTEC) do Chủ tịch Liên hiệp các Hội khoa học và kỹ thuật
Việt Nam và Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ trao tặng năm 2014.

5

NHẬT KÝ THỰC TẬP
Ngày thực tập
Công việc
Ghi chú
05/10
- -Vệ sinh phịng làm việc, phịng Có hướng dẫn của các
9/10/2015

thí nghiệm

thầy cơ, anh chị trong

-Tìm hiểu về phịng ban của Viện KTNĐ
Viện.
-Nộp ảnh làm thẻ ra vào Viện Kỹ
thuật nhiệt đới (Viện KTNĐ)
-Gặp thầy hướng dẫn thực tập và
thầy định hướng công việc cần
làm trong thời gian thực tập.
=>Kết quả đạt được nắm vững
được các đơn vị, phòng ban và
chức năng, nhiệm vụ các phòng
ban, nắm vững nội quy ra vào,
làm việc của viện.
- Hiểu được công việc cần phải
làm trong quá trình thực tập, nắm
được kiến thức về PLA và tinh
bột.
12/10 - 16/10/ -Tiếp tục đọc và tìm tài liệu về -Dưới sự hướng dẫn

2015

PLA và tinh bột cùng với việc của

thầy:

dịch các tài liệu tiếng Anh thầy VĂN CÔNG
hướng dẫn thực tập cung cấp để
phục vụ cho việc làm thí nghiệm.
-Viết báo cáo dưới hình thức
powerpoint và thuyết trình trực
tiếp để thầy hướng dẫn thực tập
sửa.
1

TS. ĐỖ


- Chuẩn bị nguyên vật liệu cần
thiết để thí nghiệm: 2kg tinh bột,
glixerol.
=>Kết quả rút ra: tìm đựơc và chỉ
ra được thiếu sót và những kiến
thức cịn thiêú về tổ hợp vật liệu
PLA và tinh bột để tiếp tục theo
hướng đó hồn thiện bổ sung tốt
hơn.
-Tập được khả năng thuyết trình
19/10
2015

-

trước mọi người.
6/11/ -Tiến hành viết báo cáo sơ bộ và - Dưới sự hướng dẫn
gửi thầy sửa.

của các thầy, cơ trong

-chuẩn bị các mẫu và làm các thí phịng

thí

nghiệm,

nghiệm để đo độ dãn dài, độ bền, phịng hố lý vật liệu,
đứt đoạn của PLA và PVA trên phi kim loại
máy thực hiện với cùng mẫu
nhưng ở các kích thuớc khác
nhau.
-Hồn thiện bài báo cáo tới phần
mình đang tiến hành làm gửi thầy
sửa.
=>Kết quả đạt được xác định
được các tính chất cơ học của vật
liệu như độ bền, độ dãn dài.
- Làm quen với các thiết bị hiện
đại phân tích vật liệu đến từ Đức.

9/11

– Chế tạo mẫu và nghiên cứu mẫu. Dưới sự hướng dẫn
2


15/11/2015.

Cụ thể là chế tạo TPS theo các tỉ của thầy TS.Đỗ Văn
lệ. Sau đó trộn với PLA trên máy Công.
Haake, rồi đem ép bằng nhiệt
trên máy ép thuỷ lực.
 Kết quả thu được là các
tấm vật liệu hình trịn có
các tính chất khác nhau vì
được chế tạo từ các tỉ lệ
trộn hợp khác nhau.

15/11-

Các mẫu đã chế tạo đem cắt dưới

22/11/2015.

dạng hình chày sau đó đem đi đo
các thơng số đo tính chất cơ, lý,
nhiệt và độ dãn dài, độ bền,
modun trên máy Haake.
 Kết quả thu được là hình
mơ tả độ dãn dài, độ bền,
các tính chất cơ lý, hoá lựa

chọn đem ra nghiên cứu
trong các điều kiện dưới
dạng phổ, hình Sem.

22/11
30/11/2015.

– Từ các kết quả thu được tập
chung viết báo cáo hoàn chỉnh
nộp thầy duyệt nộp về trường.

3


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
AL

Axit lacit.

LAL

L(+) Axit lactic.

DLA

D(-)Axit lactic.

PLA

Polylactic axit.

ROP

Trùng hợp mở vòng.

AM

Amilozơ.

AP

Amilopectin.

TBS

Tinh bột sắn.

TB

Tinh bột.

MDI

Methylen diphenyl diisocyanate.

MA

Maleic anhydrit.

PLLA

Poly-L-Lactic axit.

4


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các
thầy, các cô trong Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nói chung
và Viện Kỹ thuật nhiệt đới nói riêng. Và đặc biệt cho em gửi lời cảm ơn tới thầy
TS. Đỗ Văn Công, người đã hướng dẫn và giúp đỡ theo suốt em trong cả quá
trình em thực tập. Tự bản thân em thấy rằng mình cịn nhiều kiến thức cần hoàn
thiện cần phải cố gắng thật nhiều nhưng đơi khi cịn mải chơi và nộp bài muộn
nhưng thầy vẫn luôn châm trước và giúp đỡ chúng em làm bài cho hoàn thiện.
Một lần nữa cho em gửi lời cảm ơn tới thầy, mặc dù thời gian thực tập khơng dài
nhưng em cũng có nhữn kinh nghiệm, bài học bổ ích để khi đi làm chúng em
khơng bỡ ngỡ. Lời cuối em chúc tất cả các thầy, các cơ trong Viện Kỹ thuật
nhiệt đới ln ln có một sức khoẻ thật tốt và làm việc thật tốt để cống hiến
nhiều những phát minh, sáng kiến, cơng trình khoa học có ý nghĩa và thiết thực
cho xã hội!

5


PHẦN B. NỘI DUNG BÁO CÁO
MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, đồng nghĩa với việc đời sống và mức sống
của mỗi người chúng ta càng được cao hơn. Nhưng đồng hành với nó lại kéo
theo nhiều vấn nạn, và một trong số đó phải kể đến đó là ơ nhiễm mơi trường. Ơ
nhiễm mơi trường do các rác thải nhựa gây ra đang trở thành hiểm họa đối với

đời sống của sinh vật và con người, trong nước cũng như trên tồn thế giới .
Trong đó, rác thải nhựa sinh ra từ các sản phẩm bao gói chiếm tỉ lệ chủ yếu
trong tổng lượng rác thải nhựa hàng năm. Sự gia tăng dân số trong giai đoạn
hiện nay là một vấn đề mà nhân loại phải tính đến, đặc biệt trong vài thập kỷ tới.
Nếu năm 2015, dân số thế giới là 7,3 tỷ người (JSM 2015) thì theo dự báo, con
số đó sẽ là 10 tỷ trong vịng 50 năm tới. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sự
tăng trưởng kinh tế, chất lượng cuộc sống, mà còn kéo theo nhiều vấn đề khác
về xã hội, nhu cầu năng lượng và môi trường. Các chất thải từ polyme tổng hợp
trên cơ sở dầu mỏ đã và đang là vấn nạn cho môi trường trái đất, sông suối và cả
đại dương. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Mơi trường trung bình một
ngày mỗi người tiêu dùng phải sử dụng ít nhất một chiếc túi nylon.Vậy với dân
số hơn 90 triệu người mỗi ngày nước ta phải tiêu thụ hơn 90 triệu túi nylon và
con số này ngày càng tăng theo đà tăng dân số [1]. Song song với điều đó số
lượng rác thải cũng tăng lên khơng ngừng. Đây là một thách thức lớn cho môi
trường bởi vì phải mất một khoảng thời gian rất dài những túi nylon này mới có
thể phân huỷ được, có thể là 500 năm hoặc lâu hơn thế. Vậy vấn đề đặt ra là làm
thế nào ngăn chặn và giảm thiểu vấn nạn nguy hại đến môi trường này một cách
hiệu quả và tốt nhất? Từ đó các nhà khoa học khơng chỉ trong nước và ngồi
nước đã bắt đầu đi vào cơng cuộc nghiên cứu để tìm ra một loại vật liệu mới có
khả năng phân huỷ mà khơng gây hậu qủa cho môi trường. Trong những năm
gần đây polyme sinh học được ứng dụng rộng rãi trong đời sống vì chúng khơng
chỉ đáp ứng nhu cầu con người mà cịn thân thiện với mơi trường . Poly axit
lactic là một trong những polymer đầu tiên được con người sử dụng để tổng hợp
6


được. Các nhà khoa học đã đi nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ poly axit lactic
(PLA) và họ nhà tinh bột là một đại diện trong nhiều loại vật liệu lí tưởng để
thay thế các vật liệu để thay thế các loại vật liệu truyền thống. Việc sử dụng các
sản phẩm bao bì an tồn và thân thiện với mơi trường được phát triển mạnh mẽ.

Các loại nhựa có nguồn gốc sinh học đang dần thay thế các loại nhựa có nguồn
gốc dầu mỏ. Các nghiên cứu nhằm tạo ra các loại bao bì có khả năng phân hủy
sinh học và thân thiện với môi trường đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm
nghiên cứu. Poly axit lactic ( PLA ) được xem là ứng cử viên cho hướng phát
triển này do có khả năng phân hủy trong tự nhiên, không gây ô nhiễm môi
trường, không phụ thuộc vào tăng giá do quá trình khan hiếm dầu mỏ.
Poly axit lactic ( PLA ) là một trong những polyme sinh học được nghiên
cứu và sử dụng nhiều hiện nay bởi Polylactic axit (PLA)/polylactide là một loại
polyme nhiệt dẻo bán tinh thể, giịn và rắn, có nhiệt độ thủy tinh hóa tương đối
thấp (~60oC) và có nhiệt độ chảy mềm 175-180oC. PLA đang là đối tượng được
quan tâm và phát triển nhiều nhất trên thế giới bởi dễ dàng được gia công trong
các thiết bị gia công chất dẻo thông thường và cũng dễ dàng phân hủy theo con
đường sinh học, thích hợp để chế tạo ra bao bì, màng gói thực phẩm, các sản
phẩm sử dụng một lần [2]. Bên cạnh đó thì PLA vẫn cịn những hạn chế
Tinh bột có cơng thức hóa học ( C 6H10O5)n là một polysacarit carbohydrate
chứa hỗn hợp amyloza và amylopectin. Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự
nhiên trong các quả , củ như ngũ cốc. Tinh bột là chất rắn vơ định hình, màu
trắng, khơng tan trong nước. Do đó, có thể cần đưa vào polyme blend này các
chất phụ gia hoặc làm biến tính tinh bột hay PLA để cải thiện sự liên kết với một
số tính chất cơ và nhiệt của polyme blend, trong khi vẫn có thể thúc đẩy sự phân
hủy của vật liệu khi chịu các tác động của điều kiện phân hủy tự nhiên như tia
bức xạ tử ngoại UV, độ ẩm cao, nhiệt độ cao.
Bài thực tập mơn này trình bày kết quả nghiên cứu sự phân hủy của
polyme blend trên cơ sở PLA/ tinh bột trong các mơi trường khác nhau (hóa
học, vi sinh vật, vật lý). Sự thay đổi vị trí hấp thụ đặc trưng của các nhóm chức,
thay đổi pH, tính chất nhiệt và cấu trúc hình thái của vật liệu trước và sau phân
hủy.
7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Poly axit lactic ( PLA ).
1.1.1. Khái niệm PLA.
PLA là 1 trong số các polyeste no đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi
nhất hiện nay. Nó được tạo thành từ các nguồn có khả năng tái sinh hàng năm
như tinh bột ngô, khoai tây, lúa mì, sắn,… Cấu trúc cơ bản của PLA là axit
lactic. Công thức cấu tạo tổng quát của PLA được thể hiện dưới đây:

Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo đơn giản của PLA.
1.1.2. Tổng hợp PLA.
Sơ đồ tổng hợp PLA được biểu diễn như sau:

8


C6H12O6

Sinh khối

Glucozơ

(tinh bột, đường..)
Lên men
Tinh chế

Tái
Tái chế
chế

D-,

D-, L-lactic
L-lactic axit
axit
hoặc
hoặc hỗn
hỗn hợp
hợp racemic
racemic

H2O
H2O
Trùng
Trùng ngưng
ngưng

Trùng
Trùng ngưng
ngưng
trực
trực tiếp
tiếp

trong
trong dung
dung dịch
dịch

–(
–( n-1)
n-1) H

H22O
O
-2
-2 H
H22O
O

n = 30 – 70, Oligome

Trùng
Trùng ngưng
ngưng
Lactit

n = 700 – 15000, Polylactic axit

mở
mở vịng
vịng
(ROP)
(ROP)

Hình 1.2. Sơ đồ tổng hợp PLA. [3]
Có thể nhận thấy axitlactic là đơn vị cơ bản, cấu thành nên PLA và là nguyên
liệu đầu vào của quá trình tổng hợp PLA.
9


1.1.2.1. Tổng hợp Axit lactic (AL).
Axit lactic (AL) là monome của PLA, được sản xuất rộng rãi và ứng dụng

trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành công nghiệp như dược phẩm, thực phẩm,
thuộc da, sản xuất sơn, mực in, chất dẻo,…
AL là một axit hydroxyl cacbonxylic đơn giản nhất, có cơng thức tổng
quát CH3(HO)CHCOOH. Do tồn tại nguyên tử C bất đối lên axit lactic tồn tại ở
hai dạng đồng phân có hoạt tính quang học [4] gồm L (+) axit lactic (LAL) và
D (-) axit lactic (DAL).
Axit lactic

L- axit lactic

D- axit lactic

Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của axit lactic.
-Có 2 phương pháp chính để điều chế axit lactic:
• Phương pháp tổng hợp hóa học:
- Sơ đồ tổng hợp thực hiện theo các bước sau:
-Tạo lactonitrin: CH3CHO + HCN → CH3CHOHCN
-Thủy phân:
2CH 3CHOHCN + 2H2O + H2SO4 →
2CH3CH(OH)COOH + (NH4)2SO4
-Este hóa:
CH 3CH(OH)COOH

+ CH3OH →

CH3CH(OH)COOCH3 + H2O
-Thủy phân: CH3CH(OH)COOCH3 + H2O → CH3CHOHCOOH +
CH3OH
Trong đó, bước este hóa axit lactic metanol tạo ra metyl lactat sẽ thuận
lợi cho quá trình tách bằng chưng cất vì este dễ tách ra khỏi hỗn hợp phản

ứng hơn so với axit lactic.

10


Hình 1.4. Sơ đồ sản xuất axit lactic bằng con đường hóa học
(a) và con đường lên men vi sinh vật (b).

• Phương pháp lên men cacbohydrat.
Phương pháp này sử dụng nguyên liệu là các hợp chất cacbohydrat trong
tự nhiên như glucozơ, xenlulozơ, tinh bột nhờ một số vi khuẩn, vi sinh
vật làm xúc tác. Các giai đoạn thực hiện lên men gồm:
- Lên men và trung hòa: C6H12O6 + Ca(OH)2 → [CH3CH(OH)COO]2Ca2+ +
2H2O.
- Thủy phân: [CH3CH(OH)COO]2Ca2+ + H2SO4 → 2CH3CH(OH)COOH +
CaSO4.
- Este hóa: CH3CH(OH)COOH + CH3OH → CH3CH(OH)COOCH3 +
H2O.
- Thủy phân: CH3CH(OH)COOCH3 + H2O →
CH3OH.

11

CH3CH(OH)COOH +


Sản phẩm thô chứa canxi lactat được lọc để tách ra khỏi buồng phản ứng,
xử lý bằng than hoạt tính, cho bay hơi và axit hóa bằng axit sunphuric thu được
axit lactic và canxi sunphat. CaSO4 không tan được tách ra bằng cách lọc. Quá
trình lên men được thực hiện dưới tác động của vi sinh vật. Chọn lựa vi sinh và

phương pháp lên men phù hợp phụ thuộc vào cacbohydrat ban đầu và sản phẩm
đồng phân axit lactic mong muốn. Trong hai đồng phân, axit L (+) lactic được
quan tâm nghiên cứu nhiều hơn dạng D (-) lactic vì có giá trị sử dụng lớn hơn.[5]
1.1.2.2. Điều chế PLA
Có hai con đường chủ yếu để điều chế PLA là: Phản ứng trùng ngưng và
phản ứng trùng hợp mở vòng lactit (ROP).
• Phản ứng trùng ngưng.
- PLA được tổng hợp từ nhiều phân tử monome axit lactic bằng phản
ứng trùng ngưng, kèm theo sự tách nước. Có nhiều phương pháp
trùng ngưng như trùng ngưng trong khối nóng chảy, trùng ngưng
trong dung dịch, trùng ngưng trong tướng rắn. Các phản ứng trùng
ngưng là phản ứng thuận nghịch nên chỉ thu được polyme có khối
lượng phân tử hạn chế do đó phương pháp này ít được sử dụng để
tạo PLA. [7]
- Phản ứng trùng ngưng tạo PLA được trình bày trong hình 1.2
CH3

CH3
n H

O

CH

C

H

OH

O

CH

C
O

O

n

OH

+

( n - 1 ) H2O

Hình 1.5. Phản ứng trùng ngưng tạo PLA.
• Phản ứng trùng hợp mở vịng của lactit.
Phản ứng trùng hợp mở vòng axit lactic qua hai giai đoạn: Tạo vòng đime
lactit và trùng hợp mở vịng tạo polyme [8]. Q trình đó trình bày trong hình
1.6 và 1.7

12


O
CH3
H

O

CH3

CH

C

H

OH

n

O

CH

H3C
C
O

O

+

OH
n−2

CH3

O

Lactit
Hình 1.6. Phản ứng trùng ngưng của axit lactic tạo lactit
O
H3C

CH3

t,xt,p
.

O

CH

CH3
C

O

CH

O

CH3

C

O

.

O

O

Lactit

poly lactit

Hình 1.7. Phản ứng trùng hợp mở vịng của lactic tạo polylactit
(Đây là phản ứng một chiều không phải thuận nghịch)
Xúc tác có thể sử dụng là các hợp chất của kim loại như thiếc, nhơm, chì,
kẽm bimut, sắt và ytri. Phản ứng trùng hợp mở vòng lactit dưới xúc tác SnOct 2
diễn ra như sau:
H
R

O −−−−− Oct 2Sn

O
H3C
O
RCOO(CH3)OCOCH(CH3)OH−−−−− SnOct2

O
OH

CH3

Hình 1.8. Phản ứng trùng hợp mở vịng lactit dưới xúc tác SnOct2
Phản ứng trùng hợp mở vịng có nhiều phương pháp: trùng hợp dung dịch,
trùng hợp huyền phù, trùng hợp ở trạng thái nóng chảy.
Phương pháp trùng hợp mở vịng cho polyme có khối lượng lớn nên đây
là phương pháp dùng chủ yếu để điều chế, sản xuất PLA hiện nay.

13


1.1.3. Cấu trúc của PLA
PLA hiện nay chủ yếu được điều chế theo phương pháp ROP các
đimelactit. Do đime có 3 dạng: D,D-lactit ( gọi là D-lactit ) , L,L-lactit
( L-lactit ) và L,D-lactit hoặc D,L-lactit ( meso-lactit ) ( trong đó , D và L
lactit có hoạt tính quang học nhưng meso thì khơng )

Hình 1.9: Cấu trúc 4 loại đồng phân không gian khác nhau của PLA.
- Khi trùng hợp mở vịng, các đồng phân lactit có thể tạo ra 4 dạng polyme
được đặc trưng về sự phân bố KLPT ( khối lượng phân tử ) và sự sắp xếp phân
bố của L và D-lactit trên trục của polymer.[9].
1.1.4. Tính chất của PLA.
PLA là một polyeste no có khối lượng phân tử vào khoảng 100000 300000 ĐVC. Nó có nhiều tính chất tốt, dễ gia cơng, khả năng tương hợp và
phân hủy sinh học.
PLA có khác biệt khá rõ trong tính chất hóa lý. Tốc độ phân hủy, tính chất
cơ lý thay đổi trong khoảng rộng phụ thuộc vào KLPT, thành phần và cấu trúc
kết tinh của PLA. Nhìn chung, PLA thương mại thường là copolyme của L-lactit
và D-lactit. Hàm lượng D-lactit có trong PLA được dùng để điều chỉnh độ kết
tinh và tính chất của PLA thu được.
PLA được điều chế bằng phương pháp trùng ngưng trực tiếp axit lactic
thường có KLPT thấp và các tính chất cơ lý kém nên chỉ được sử dụng trong

lĩnh vực bao gói và ít phổ biến trên thị trường.
1.1.4.1. Tính chất vật lý của PLA.
14


PLA là một loại nhựa ở dạng hạt có màu trắng, đục, cứng, giòn, dễ vỡ, độ
bền nhiệt giảm nhanh trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao. Độ tan của PLA
phụ thuộc vào KLPT và độ kết tinh.
PLA tan trong các dung môi clorua hay florua hữu cơ, ddiooxan, furan
axeton, pyridin, etyl lactat, tetrahydrofuran, xylen, etylaxetat, dimetylsulfoxit,
N,N-dimetylfocmamit và metyl etyl xeton. Nó khơng tan trong nước, rượu
(methanol, etanol, propylene glycol) và hydrocarbon chưa thế (hexan, heptan).
Trong dung dịch, độ nhớt của PLA tuân theo phương trình Mark-Hauwink.
[10,11]
Bảng 1.1: Một số tính chất vật lí của PLA.
Khối lượng phântử (dvC)

100000–300000

Khối lượng riêng (g/cm3)

1,25

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

190

Nhiệt độ thuỷ tinh hoá (oC)

60

Độ bền kéo đứt (MPa)

53

Độ dãn dài khi kéo đứt (%)

10%–100%

Mơđun (MPa)

350– 450

1.1.4.2. Tính chất cơ học của PLA.
PLA là một polyme bán tinh thể và có cơ tính cao như một số nhựa nhiệt
dẻo thơng dụng. Nó có độ cứng cao, dễ tạo thành nếp khi gấp, độ bền mài mịn
cơ học cao, mơđun lớn, độ bền kéo đứt lớn nhưng khả năng dãn dài kém.
Tính chất cơ học của PLA có thể thay đổi trong phạm vi rộng từ mềm, dãn dẻo
tới cứng và nhựa có độ bền kéo cao, phụ thuộc vào thành phần và khối lượng
phân tử. [12].
1.1.4.3. Tính chất hóa học của PLA.
15


PLA có khả năng chống cháy, chống bức xạ tử ngoại ít bị phai màu. Nó
dễ nhuộm màu với tỷ lệ chất màu rất nhỏ. Trong môi trường ẩm đặc biệt có mặt
của axit và bazơ nó dễ bị thủy phân.
PLA cũng dễ bị tác động của vi sinh vật. độ bền của PLA phụ thuộc
vào khối lượng phân tử và hàm lượng tinh thể. PLA có khối lượng phân tử
càng thấp càng dễ bị phân hủy. Khi tăng hàm lượng tinh thể, độ bền của PLA

tăng lên. PLA thu được bằng trùng ngưng axit lactic có khối lượng phân tủ
thấp và chứa nhiều nhóm –COOH và nhóm -OH cuối mạch nên chúng có thể
tham gia phản ứng với các monome hay polyme chứa nhóm chức cuối mạch
như các nhóm cacboxyl, hidroxyl, amino, anhydrit axit… Kết qủa PLA được
nối dài thêm, khối lượng phân tử tăng. [13].
1.1.4.4. Tính chất nhiệt của PLA.
PLA có nhiệt độ chảy mềm (T m) và nhiệt độ kết tinh (T c) cao hơn so với
LDPE và HDPE là hai polyme có nguồn gốc từ dầu mỏ. Nó khó bị phân hủy
nhiệt hơn so với LDPE và HDPE. Tính chất nhiệt của PLA phụ thuộc nhiều
vào cấu trúc lập thể []. Tm của PLLA có thể tăng lên từ 40- 50°C và độ chênh
lệch nhiệt độ của nó cũng tăng lên từ 60- 190°C khi blend hóa PDLA và
PLLA. PLA nóng chảy ở 130- 215°C. PLLA có T m ở 170- 183°C và nhiệt độ
thủy tinh hóa (Tg) ở 55- 65°C. Trong khi PDLA có T g ở 59°C. Độ bền nhiệt
của PLA giảm nhanh trong điều kiện nhiệt độ và hơi ẩm cao. [14,15,16]

16


1.1.4.5. Tính thấm khí.
PLA chống thấm khí khá tốt. Khả năng thấm khí của PLA với N 2, O2 và
CO2 thấp hơn nhiều so với PE. Do đó, PLA che chắn khơng khí tốt PE nhiều.
Ngồi ra, PLA giữ mùi, hương tốt, cách nhiệt tốt, độ bóng và trong cao, trơ với
chất béo. [17].
1.1.5. Khả năng phân huỷ của PLA.
Theo Carothers, bản chất của q trình phân huỷ PLA chính là sự thuỷ phân
PLA, do PLA là một polyeste béo. Nước bị hấp phụ đã làm đứt các liên kết este
dẫn tới sự giảm liên tục khối lượng phân tử PLA.
Tốc độ phản ứng thuỷ phân phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm và nhiệt độ của môi
trường phân huỷ. [18].

Hình 1.10. cơ chế phân huỷ cua PLA.
1.1.6. Ứng dụng của PLA.
PLA đã được khẳng địột trong nhưng polyme có vai trị quan trọng trong
những vật liệu có khả năng phân huỷ sinh học đang được ứng dụng trên thế giới.
Bảng1.2. Một số dụng thương mại của PLA:[19]
17


Stt Tên thương mại
1. ECO&B

Ứng dụng
Hãng sản xuất
Quần áo, màng phủ trong NTT
Neomeit
nơng nghiệp, hom cây, đồ Hokuriku

2.

dùng văn phịng
Túi đựng rau và Vật liệu bao gói

3.

hoa quả
Cốc, dao,
thìa, túi, khay..

Horiaki

rĩa, Dụng cụ ăn uống, vật liệu Minima
bao gói, đồ dùng văn Technology Janpan

4.

phịng
Hộp đựng thực Vật liệu bao gói, đồ dùng Daito Mechatronics

5.

phẩm, hộp giấy.
văn phòng
Vỏ đồ hộp đựng Vật liệu bao gói

Office Media

thực phẩm.
Nó được dùng trong y học, trong ngành công nghiệp dệt sợi, ngành công
nghiệp sản xuất bao bì và còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác trong đời
sống. Ứng dụng quan trọng của PLA là trong ngành công nghiệp sản xuất bao bì.
Trong y học PLA được dùng làm chỉ khâu vết thương, dùng làm mô tế bào.
Trong ngành công nghiệp dệt sợi. Trong ngành sản xuất bao bì PLA được dùng
làm vật liệu đóng gói, làm các loại chai có độ trong cao, làm các loại bao bì
cứng trong suốt…
Trong công nghệ làm sạch môi trường: các polyme sinh học như PLA khi
kết hợp với zeolite có thể dùng trong q trình làm sạch, xử lý nước thải thay thế
cho các hợp chất có chứa photpho.
Trong nơng nghiệp: PLA được sử dụng làm các bầu đựng ươm cây giống
hay các màng che phủ, bảo vệ cây trồng do nó có khả năng phân hủy thành các
sản phẩm đi vào trong đất sau thời gian sử dụng nhất định. Các sản phẩm này

cũng có thể trở thành nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
Trong kỹ thuật điện: một số vật liệu blend giữa PLA với các plyme khác
và polyme compozit, vật liệu nano silicat trên cơ sở PLA được sử dụng trong
lĩnh vực điện tử.
Nature works – sản phẩm của tập đoàn Cargill – là nhãn hiệu được sử dụng
rộng rãi nhất. Năng lực của nhà máy sản xuất Nature works nhãn hiệu dẫn đầu
thị trường nhựa sinh học cảu Mỹ, khoảng 150.000 tấn – tương đương 0, 1% thị
18


phần toàn cầu, các sản phẩm từ PLA đa dạng về đặc tính và chủng loại từ hộp
đựng thực phẩm, đồ dùng nhà bếp đến thỏi dưỡng môi…
Mirel lần đầu tiên được ứng dụng năm 2007 khi tập đoàn bán lẻ Target sử
dụng phiếu quà tặng làm bằng loại nhựa này tại 129 siêu thị của mình. Xét về ưu
thế thì Nature works so với Miren vẫn hơn vì có thể dùng sản xuất các loại bao
bì trong suốt như vỏ chai nước suối.
PLA là một loại polyme được sử dụng nhiều trong tương lai và nó là một
bước đột phá trong ngành sản xuất bao bì.
Như vậy, PLA là một polyme có nhiều ưu điểm như độ bền kéo đứt cao, có
thể gia cơng như nhựa nhiệt dẻo, có khả năng phân hủy trong điều kiện môi
trường tự nhiên, có khả năng tương hợp sinh học và có sẵn trong các nguồn tái
sinh… Do đó nó có nhiều khả năng ứng dụng trong thực tế. Tuy nhiên, một số
nhược điểm như giòn, dãn dài khi đứt thấp, dễ bị phân hủy, quy trình điều chế
phức tạp và giá thành cao đã hạn chế khẳ năng sử dụng của nó. Để khắc phục
được các nhược điểm này, PLA đã được trộn hợp với các polyme khác hay với
các chất độn bằng nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra các polyme blend có
tính chất như mong muốn, đáp ứng các nhu cầu sử dụng.
1.1.7. Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp chứa PLA ở Việt Nam và
các nước trên thế giới.
1.1.7.1.Tình hình nghiên cứu PLA và sản xuất PLA trên thế giới.

Trên thế giới, việc tổng hợp các loại vật liệu polyme compozit và compozit
phân hủy sinh học đã được tiến hành từ lâu. PLA là một trong những polyme
đầu tiên mà con người tổng hợp được. Năm 1833, Gay Lussac đã điều chế thành
cơng PLA khi đun nóng LA. Nhưng phải đến năm 1932, cơ sở lý luận của việc
tổng hợp PLA được phát minh bởi Wallace Carothers – cha đẻ của polieste hiện
đại. Theo đó, PLA được tạo thành khi đun nóng AL trong chân khơng. Năm
1954, hãng Dupont đã đăng ký bản quyền phát minh này và từ đó PLA mới thực
sự được chú trọng phát triển.
Từ những năm 1960, người ta đã chú ý tới tính tương hợp và phân huỷ sinh
học của PLA. Tuy nhiên, do giá thành cao nên nó chỉ được áp dụng trong
nghành y tế như: chỉ khâu tự tiêu, vỏ bọc thuốc nhả chậm, một số chi tiết cấy
ghép tạm…
19


Nhưng từ thập niên 80, dưới áp của vấn đề rác thải gây ô nhiễm môi trường
của vật liệu bao gói và các vật liệu khác có nguồn gốc hố dầu thì vật liệu dễ
phân huỷ PLA bắt đầu được quan tâm, chú ý nhiều hơn. Năm 198, tập đoàn sản
xuất nông nghiệp Cargill của Mỹ bắt đầu nghiên cứu sản xuất PLA từ tinh bột
ngô. Đến năm 1992, họ bắt đầu sản xuất ở quy mơ phịng thí nghiệm. Do có
những khó khăn về mặt kỹ thuật và cơng nghệ, Cargill đã liên kết với Dow
Chemical - một công ty rất mạnh về polyme để hình thành liên doanh Cargill
Dow polymers LLC. Đến năm 2002, nhà máy sản xuất PLA ở quy mô công
nghiệp đầu tiên ở Nebraska với công suất 140.000 tấn PLA/ năm. Nhật bản và
Châu Âu cũng có những dự án tương tự để nghiên cứu sản xuất PLA như FAIR
PL-97-3070.
Sản lượng tinh bột khơ tồn cầu năm 2009 khoảng 68 triệu tấn và đạt 72
triệu tấn vào năm 2012 với tốc độ tăng trưởng khoảng 4-6%/năm. Năm 2018 sản
lượng tinh bột tồn cầu có thể đạt đến 133,5 triệu tấn [35].
Sản lượng axit lactic toàn cầu năm 2013 ước đạt 714.200 tấn, dự báo đến

năm 2020 ước đạt 1.960.100 tấn. Thị trường PLA toàn cầu năm 2013 đạt khoảng
360.800 tấn và ước đạt 1.205.300 tấn vào năm 2020 [36].
Việc sử dụng PLA đã sẽ giải quyết được triệt để hai vấn đề cấp bách hiện
nay. ơ nhiễm mơi trường do polyme bao bì có nguồn gốc dầu mỏ rất khó bị phân
huỷ và sự cạn kiệt của dầu mỏ trong tương lai.

20