Đề tài cấp trường cai thiện tính chất màng

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA – MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA
MÀNG POLYMER SINH HỌC

HOÀNG VĂN PHƯỚC

HUẾ, 05-2017


TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA – MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA
MÀNG POLYMER SINH HỌC

Sinh viên thực hiện:
Nhóm trưởng:

Hoàng Văn Phước

Thành viên:

Nguyễn Đắc Nhân Quý lớp 15CDCH31

Phạm Thị Hoa

lớp 15CDCH31
lớp 14CDCH21

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Võ Thị Thanh Kiều

HUẾ, 05-2017


Đề Tài Cấp Trường 2017
TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu cải thiện một số tính chất của màng polymer
sinh học”. được tiến hành tại phòng thí nghiệm Khoa công nghệ Hóa-Môi Trường,
Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Huế, thời gian từ tháng 10/2016 đến 05/2017.
Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là tinh bột sắn, tinh bột biến tính acetate,
PVA, glycerol, nhựa thông, PDMS và dung môi là nước hoặc sol SiO2.
Đề tài được kết cấu gồm các phần: Mở đầu gồm 2 trang (chương 1) , tổng quan lý
thuyết (chương 2): 8 trang, thực nghiệm (chương 3): 9 trang, kết quả và thảo luận: 7
trang, kết luận và kiến nghị: 1 trang, tài liệu tham khảo 1 trang
Nội dung của các chương như sau:
Chương 1: mở đầu
Chương này đề cập đến tính cấp thiết khi thực hiện đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu, các phương pháp thu thập xử lý
sổ liệu để đưa ra kết quả nghiên cứu.
Chương 2: Tổng quan lý thuyết.
Chương này trình bày tổng quan về nguyên liệu chế tạo màng sinh học, sơ lược
về vật liệu polymer tự phân hủy
Chương 3: Những nghiên cứu thực nghiệm
Chương này nêu ra cụ thể các loại nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị sử dụng trong

công nghệ điều chế nhựa phân hủy sinh học từ PVA và tinh bột. Qúa trình kiểm tra các
tính chất của màng polymer sinh học khi thay đổi thành phần nguyên liệu. Mục tiêu
chính là cải thiện một số tính chất của màng. Một số phương pháp khảo sát các tính
chất của nhựa: Phương pháp xác định độ bền kéo, khả năng chống ẩm của màng.
Chương 4: Kết quả và thảo luận.
Chương trình bày kết quả và bàn luận về tính chất của màng chế tạo được cải
thiện khi bổ sung thêm sol SiO2 với các nổng độ khác nhau:
+ Kết quả kiểm tra độ bền kéo của vật liệu trên máy Testometric.
+ Kết quả khảo sát độ bền nhiệt của màng
+ Kết quả đo khả năng chống hút ẩm của màng

MỤC LỤC


Đề Tài Cấp Trường 2017
DANH SÁCH CÁC BẢNG


Đề Tài Cấp Trường 2017
DANH SÁCH CÁC HÌNH


Đề Tài Cấp Trường 2017
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

PVA:

Polyvinyl alcohol

CN:

Công nghệ

CĐ:

Cao Đẳng

TP:

Thành phố

PLA:

Polylactic acid

PBS:

Polybutylene succinate

PBAT:

polybutylene adipate terephtalate

PHB:

polyhydroxybutyrate

PHV:

polyhydroxyvalerate

PCL:

polycaprolactone

EVOH:

ethylene vinylalcohol

ĐH:

Đại Học

PS:

Polystyrene

PE:

Polyethylene

TBBT:

Tinh bột biến tính

TB:

Tinh bột

PDMS:

Poly(dimethylsiloxane),hydroxy-terminated


Đề Tài Cấp Trường 2017

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Các sản phẩm polymer từ hóa dầu với rất nhiều tính năng ưu việt, giá thành rẻ,
khả năng sử dụng phổ biến, thuận tiện,... đã và đang đóng vai trò quan trọng trong đời
sống hằng ngày. Chúng đáp ứng hầu hết các nhu cầu của con người từ đơn giản đến
phức tạp như làm túi xách, bao bì bao gói sản phẩm, màng phủ đất nông nghiệp, túi
làm bầu ươm cây, vật liệu dùng trong y học… Tuy nhiên, chúng lại là mối nguy hại
tiềm ẩn cho môi trường sinh thái vì phải mất đến hàng thế kỷ mới tự phân hủy. Chỉ có
những tác động về cơ và nhiệt mới có thể phá hủy chúng, nhưng lại tạo ra nhiều chất
độc hại hơn và đòi hỏi chi phí khổng lồ, vượt qua cả giá thành tạo ra chúng. Hoạt động
tái chế cần đầu tư thiết bị máy móc đắt tiền, hiệu quả kinh tế thấp.
Trước thực trạng này, từ những năm 1980, nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu
nghiên cứu những dạng vật liệu tương ứng tính năng của polymer truyền thống để thay
thế. Đó chính là polymer có khả năng phân hủy sinh học mà khi gặp tác động của
nước, không khí, nấm, vi khuẩn trong tự nhiên, chúng sẽ tự phân hủy thành những chất
đơn giản, có lợi cho đất và không gây độc hại cho môi trường.
Nguyên liệu để sản xuất các loại polymer phân hủy sinh học hiện nay chủ yếu lấy
từ tinh bột sắn. Năm 2014 nhóm sinh viên Lê Thị Vui khoa CN Hóa Môi trường
trường CĐ công nghiệp Huế đã nghiên cứu chế tạo thành công màng polymer có khả
năng phân hủy sinh học, tuy nhiên một số tính chất của màng như: độ bền kéo, độ bền
nhiệt, khả năng chống hút ẩm chưa cao. Vấn đề đặt ra là phải tìm ra phương pháp vừa
tăng độ bền kéo, độ bền nhiệt vừa chống hút ẩm cho màng sinh học nhưng cũng đảm
bảo khả năng phân hủy sinh học của màng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó chúng tôi
thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cải thiện một số tính chất của màng polymer sinh

học”.
1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:
 Mục tiêu: Cải thiện một số tính chất của màng polymer sinh học bằng việc bổ sung
thêm dung dịch keo silica (sol SiO2) hoặc thay tinh bột bằng tinh bột biến tính acetat
trong công thức chế biến.
 Nội dung nghiên cứu:
- Tạo màng polymer sinh học bằng phương pháp tráng – sấy với các công thức phối trộn
khác nhau.
- Nghiên cứu chế tạo màng sinh học bằng tinh bột biến tính acetat
- Nghiên cứu chế tạo dung dịch keo silica từ thủy tinh lỏng bằng phương pháp trao đổi
ion, sản phẩm được bổ sung vào quá trình chế tạo màng.
- Phân tích các đặc tính cơ lý của các màng tạo thành, đánh giá ảnh hưởng của tinh bột
biến tính hoặc dung dich keo SiO2 đến độ bền của màng, từ đó tìm ra công thức tối ưu
để cải thiện tính chất của màng
- Chế tạo bao bì thử nghiệm và đánh giá khả năng ứng dụng trong đời sống.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Tinh bột, PVA, tinh bột biến tính, dung dịch keo silica (sol SiO2).

7


Đề Tài Cấp Trường 2017
1.4 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu
 Cơ sở lý luận
Bioplastic là nhựa sinh học có thể tự phân hủy sau một thời gian sử dụng và
thường được sản xuất chủ yếu từ những nguyên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên như
tinh bột, xenlulozo, vỏ tôm,... Loại nhựa sinh học này có thể bảo vệ môi trường và an
toàn sức khỏe cho người sử dụng. Những nghiên cứu gần đây, tinh bột được pha trộn
với các loại polyme tổng hợp phân hủy sinh học như Poly Lactic Acid (PLA), poly ecaprolactone (PCL) và Poly Vinyl Chloride (PVA) vì nó thúc đẩy sự hình thành màng
tốt. Trong các polyme phân huỷ hoàn toàn, PVA có thể pha trộn với tinh bột vì PVA có

sự hình thành màng tốt, tính chất vật lý tốt, có tính kháng hóa chất, khả năng tương
thích sinh học tốt và tính ổn định nhiệt cao. Đây là vật liệu hòa tan trong nước và có
khả năng phân huỷ tự nhiên và rất phù hợp cho việc chế tạo màng với tinh bột. Do đó,
màng tinh bột/PVA là polyme phân hủy sinh học phổ biến nhất. Tuy nhiên sức bền cơ
học, tính chất nhiệt, tính chống hút ẩm của màng còn kém. Do đó trong đề tài này
chúng tôi nghiên cứu thay thế hoặc bổ sung một số nguyên liệu nhằm cải thiện tính
chất của màng. Cụ thể, chúng tôi thay tinh bột bằng tinh bột biến tính vì tinh bột biến
tính có các nhóm ester có tác dụng ngăn ngừa sự thoái biến của nhóm amylose trong
tinh bột. Sự biến đổi này ngăn chặn tự tạo gel, sự rỉ nước và duy trì ngoại quan cấu
trúc của sản phẩm gia công. Nó cũng cải thiện độ ổn định sau quá trình đông lạnh-rã
đông, cải thiện khả năng giữ nước và hạ thấp nhiệt độ hồ hoá của tinh bột, làm tăng độ
nhớt và cải thiện độ trong của gel. Kết quả của việc biến đổi này là 1 sản phảm tinh bột
ổn định để sản xuất bột nhão bền vững qua nhiều chu kỳ đông lạnh - rã đông và ngăn
ngừa tình trạng rỉ nước xảy ra. Chúng tôi dự đoán tinh bột biến tính sẽ có những cải
thiện tích cực đến tính chất của màng.
Ngoài ra chúng tôi cũng thực hiện thí nghiệm thứ hai là bổ sung thêm sol silica
trong quá trình chế tạo màng. Sol silica có thể được chế tạo bằng nhiều phương pháp,
trong nghiên cứu này chúng tôi thực hiện chế tạo sol SiO 2 bằng phương pháp trao đổi
ion. Các hạt SiO2 có bề mặt riêng cao trong dung dịch có thể làm thay đổi tính chất của
vật liệu polymer do hoạt động bề mặt của chúng. Trong thí nghiệm này hỗn hợp tinh
bột/ PVA được biến đổi với các hạt SiO 2 trong dung dịch để cải thiện tính chất của hỗn
hợp này. SiO2 tham gia tạo thành liên kết hydro với hỗn hợp tinh bột / PVA. Rất ít nhà
khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt SiO2 lên màng tinh bột/PVA. Do sự
hiện diện của quá nhiều liên kết hóa học không bão hòa, các hạt SiO 2 có bề mặt riêng
cao dễ dàng phân tán thành các chuỗi macro phân tử.

8


Đề Tài Cấp Trường 2017

 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp hóa học:
+ Phương pháp dung dịch: xác định khả năng hòa tan các polyme trong một dung
môi hoặc hòa tan dung dịch polyme này với dung dịch của một polyme khác.
Phương pháp vật lý:
+ Sấy: Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi ẩm ra khỏi vật liệu rắn
hoặc lỏng. Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu, tăng độ bền vật liệu và để bảo
quản trong một thời gian dài.
+ Phương pháp xác định độ bền kéo đứt (TS) dùng để xác định độ bền cơ của vật
liệu.
+ Phương pháp xác định độ hút ẩm của màng.
+ Xác định sự phân hủy nhiệt của màng trên máy DTA và nung ở nhiệt độ phòng.
1.5.

Các phương pháp quan sát để thu thập thông tin

Để kiểm tra một số tính chất của màng chế tạo được và so sánh với màng
polymer phân hủy sinh học trong những nghiên cứu trước. Chúng tôi tiến hành phân
tích các chỉ tiêu sau:
+ Phân tích độ bền kéo đứt của màng tại Khoa vật liệu – Trường đại học Bách
Khoa TP Hồ Chí Minh.
+ Phân tích nhiệt DTA tại phòng thí nghiệm công nghệ, Tập đoàn Prime Vĩnh
Phúc. Nung màng ở các nhiệt độ khác nhau để khảo sát độ bền nhiệt theo sự tăng nhiệt
độ của các mẫu màng.
+ Đo độ hút ẩm của các mẫu màng.
+ Đo độ bền mí ghép và thử chế tạo bao bì.
+ Xác định sức chịu tải trọng của bao bì và khả năng bảo quản cà chua.

9

Đề Tài Cấp Trường 2017

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.1. Polymer tự hủy sinh học
2.1.1. Khái niệm
Polymer tự hủy sinh học là những polymer có khả năng tự phân hủy nhờ vào sự
hỗ trợ của vi sinh vật trong tự nhiên, không đòi hỏi năng lượng, không tạo ra các chất
độc hại cho môi trường mà vẫn đảm bảo được các tính năng của polymer truyền thống.
Sự 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
hủy sinh học có thể xảy ra trong sinh quyển khi các vi sinh đóng vai trò trung tâm thí
nghiệm CNVL trong quá trình phân hủy [4].
2.1.2. Một số tiêu chuẩn mà các nhà khoa học đưa ra để định nghĩa
polymer có khả năng phân hủy sinh học
Theo ISO 472-1988: Polymer có khả năng phân hủy sinh học là polymer mà sau
một thời gian sử dụng, dưới những điều kiện đặc biệt của môi trường, nó mất đi một số
tính chất do những thay đổi trong cấu trúc hóa học, những thay đổi này xảy ra tự nhiên
nhờ các vi sinh vật trong môi trường, từ đó phân hủy polymer.
Theo ASTM: Polymer có khả năng phân hủy sinh học là khả năng 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. Phân hủy sinh học là
phân hủy do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do hoạt động của enzyme dẫn
đến sự thay đổi lớn về cấu trúc hóa học của vật liệu.
Theo Hội đồng nghiên cứu polymer có khả năng phân hủy sinh học của Nhật:
polymer có khả năng phân hủy sinh học là những polymer mà quá trình phân hủy của
nó tạo thành những hợp chất có trọng lượng phân tử thấp hơn, trong đó có ít nhất một
giai đoạn thông qua sự chuyển hóa của các vi sinh vật trong tự nhiên.
Chôn ủ: ASTM định nghĩa sự phân hủy do chôn ủ đó là nhựa có khả năng xảy ra

phân hủy sinh học ở moi trường ủ như một phần của chương trình sẵn có, rằng nhựa
sau đó không thể phân biệt bằng mắt trần được nữa, phân hủy thành CO2, nước, các
hợp chất vô cơ và sinh khối với tốc độ phù hợp với vật liệu ủ [4].
2.1.3. Các loại polymer tự phân hủy sinh học
2.1.3.1. Các polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên
Polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên là các polymer được tạo ra trong tự nhiên,
trong các chu kỳ sinh trưởng của các cơ thể sống. Việc tổng hợp chúng chủ yếu là sự
trùng hợp từ các monomer xúc tác hoạt hóa bằng enzyme. Các monomer này được
hình thành một cách đặc thù nội trong các tế bào nhờ các quá trình trao đổi phức tạp
[4].
Các polymer tự phân hủy sinh học tự nhiên chủ yếu như polysaccharide (tinh bột,
cellulose, chitin/chitosan), alginate, gelatine, …

10


Đề Tài Cấp Trường 2017
2.1.3.2. Các polyester phân hủy sinh học
Polyester đóng vai trò áp đảo trong chế tạo nhựa phân hủy sinh học nhờ có chứa
các liên kết ester dễ bị thủy phân. Polyester có hai nhóm chính đó là polyester mạch
thẳng và polyester vòng thơm.
Các polyester phân hủy sinh học chủ yếu: PLA, PBS, PBAT, PHB, PHV, PCL…
Các polymer phân hủy sinh học khác:
Polymer tan trong nước: PVA, EVOH.
Nhựa phân hủy quang.
Hạt phụ gia kiểm soát phân hủy.
Polymer có mạch chính dễ bị thủy phân: polyester, polyamide, polyuretane và
polyurea, polyanhydride, polyamide – enamide.
Polymer có mạch chính chứa carbon: polyvinyl.
Acetate, polyacrylate.

2.1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các loại polymer
tự phân hủy sinh học
 Trên thế giới
Theo Tạp chí công nghiệp hóa chất số 06/2007, năm 2005 sản lượng polymer
sinh học trên toàn thế giới đạt khoảng 52 nghìn tấn.
Theo kết quả nghiên cứu của Business Communication – một tổ chức hàng đầu
trong nghiên cứu thị trường, dự báo đến năm 2010, sản lượng polymer sinh học toàn
cầu có thể lên đến 94 nghìn tấn, với tốc độ tăng trưởng hơn 12 %/năm trong 5 năm tới.
Domenek S., Feuilloley P. và cộng sự (2004) [7] đã nghiên cứu khả năng phân
hủy sinh học của chất dẻo sinh học tổng hợp từ gluten lúa mì. Các thí nghiệm về độ
phân hủy được tiến hành trong môi trường chất lỏng và trong đất trồng. Kết quả cho
thấy các vật liệu từ gluten phân hủy hoàn toàn sau 36 ngày trong điều kiện lên men
hiếu khí và phân hủy trong 50 ngày trong đất trồng.
Guohua Z., Ya L., và cộng sự (2006) [8] đã nghiên cứu về khả năng kháng nước,
tính chất cơ học và sự phân hủy sinh học của màng polymer trên cơ sở tinh bột ngô
biến tính và PVA. Kết quả chỉ ra rằng việc dùng tinh bột ngô biến tính cho khả năng kỵ
nước tốt hơn so với tinh bột ngô thông thường, nhưng thay đổi không đáng kể theo tỉ
lệ biến tính tinh bột.
Cho tới nay, đã có một số công ty giới thiệu chế phẩm nhựa sinh học. Đó là
Mater Bi chuyên chế tạo túi xách và dụng cụ ăn uống tự hủy sau vài lần sử dụng. Công
ty Vegemat có sản phẩm mốc phát bóng trong môn thể thao golf và axit polylactic
(PLA) giống như chất liệu nylon để chế tạo đĩa DVD, đinh tự hủy cố định xương dùng
trong y tế.
Tại Bỉ, loại bao bì từ vật liệu chứa tinh bột đã được sử dụng trong ngành kinh
doanh thức ăn nhanh (kể cả để sản xuất ra các bộ đồ ăn dùng một lần). Polylactat cũng
11


Đề Tài Cấp Trường 2017
đã được dùng thử làm bao bì đựng sữa chua, túi đựng và các bộ đồ ăn dùng một lần.

Đối với chất liệu polyalkanoat người ta khuyên áp dụng vào lĩnh vực làm bao bì đồ
uống (hộp giấy đựng sữa, cốc, túi đựng thức ăn nhanh v.v...).
Từ nhiều năm qua, giấy bóng kính và cellulose acetate đã được dùng làm bao bì
thực phẩm. Gần đây, Nhật Bản mới đưa ra loại màng mỏng polycaprolacton và
chitosan – cellulose dễ phân hủy cho mục đích này. Màng chitosan – cellulose có đặc
tính thông khí tốt, rất thích hợp dùng làm bao bì cho rau, cà chua, …
 Ở nước ta
Viện Hoá Học Công Nghiệp đã chế tạo thành công màng polymer tự phân hủy
trên cơ sở tổ hợp polymer giữa polyethylene, tinh bột hỗn hợp sắn, ngô cùng một số
phụ gia khác. Quá trình phân huỷ theo thuỷ phân, quang hoá bẻ gãy các liên kết hoá
học, vi sinh vật gặm nhấm tự lên men cắt mạch của màng polymer. Ứng dụng thực tế
cho kết quả: màng polymer tự phân huỷ 100 % sau 4 tháng sử dụng. Triển vọng thị
trường nội địa là rất lớn.
Công ty cổ phần văn hóa Tân Bình đã sản xuất được bao bì nhựa tự hủy sinh học
theo công nghệ nước ngoài. Năm 2003, công ty ALTA đã sản xuất và xuất khẩu mặt
hàng này qua các nước Ý, Đức, Anh, Pháp theo đơn đặt hàng của khách hàng. Trong 6
tháng đầu năm 2005, công ty ALTA đã xuất khẩu được 30 tấn bao bì nhựa tự hủy.
Trong những năm gần đây, có khá nhiều doanh nghiệp bắt tay vào sản xuất bao bì
không gây ô nhiễm môi trường. Cụ thể, cuối năm 2005, công ty cổ phần văn hoá Tân
Bình đầu tư sản xuất bao bì nhựa tự hủy theo công nghệ hiện đại của Canada. Kế tiếp
là công ty Phú Hoà (Bến Tre) ra mắt các sản phẩm bao bì không gây ô nhiễm môi
trường tận dụng từ nguồn phế liệu bã mía, xơ dừa bỏ lại sau thu hoạch.
Gần đây nhất là công ty cổ phần Công nghệ mới (Long Biên, Hà Nội) đã ra mắt
sản phẩm bao bì tự hủy được làm từ nhựa PE, PP, PVC trộn thêm các phụ gia tự hủy là
các polymer sinh học.
Một số trường đại học cũng đã nghiên cứu và tìm ra các loại vật liệu tạo thành
màng sinh học có thể phân hủy hoàn toàn. Cụ thể, trường Đại học Khoa học tự nhiên –
Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh đã tạo ra một loại vật liệu sản xuất bao bì tự
hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên. Hàm lượng của màng là tinh bột sắn kết hợp
với PVA và chất độn là khoáng sét phân tán ở kích thước nanomet.

Năm 2008, Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học trường ĐH Nông Lâm có một số đề tài
nghiên cứu về màng polymer sinh học và đã tạo ra được màng sinh học có nhiều triển
vọng trong các ứng dụng thực tế. Ví dụ như Phan Thị Ngọc Hường – Trần Thuỳ Trang
[5] tạo ra màng sinh học có nguồn gốc từ tinh bột kết hợp với lòng trắng trứng có bổ
sung thêm PVA để tăng tính bền dẻo cho màng và kết hợp thêm đất sét làm tăng tính
bền cơ học. Nguyễn Ngọc Hoá [2] với màng polymer tự hủy sinh học trên cơ sở PVA
và chitosan cùng với một số chất phụ gia, Kim Thị Thanh [1] “Nghiên cứu hoàn thiện
tính chất cơ lý của màng bao bì sinh học”, Phạm Lan Hương, Võ Minh Trung [6],
“Nghiên cứu cải thiện độ bền màng sinh học tinh bột khoai mì”.

12


Đề Tài Cấp Trường 2017
2.1.5. Ứng dụng của polymer sinh học
Các ứng dụng bao bì chiếm khoảng 47 % tổng nhu cầu thị trường polymer sinh
học năm 2005. Những sản phẩm khác trong các lĩnh vực y tế, nông nghiệp và sản xuất
giấy đóng vai trò nhỏ hơn nhưng không kém phần quan trọng, chiếm 11 % tổng nhu
cầu thị trường (Tạp chí Công nghiệp hóa chất, số 06, 2007). Các lĩnh vực ứng dụng cụ
thể của polymer tự phân hủy sinh học như sau:
Trong y học: chất dẻo sinh học dùng làm vật liệu cấy trong phẫu thuật chỉnh hình
và mạch máu, chỉ khâu phẫu thuật, ứng dụng trong chữa mắt, …
Trong nông nghiệp: màng polymer tự phân hủy sinh học đang được quan tâm
nhiều trong nông nghiệp như các màng phủ đất, bầu ươm cây (planting container)…
Sau khi phân hủy trở thành nguồn phân bón cho cây trồng.
Bao bì: dùng làm bao bì thực phẩm, thân thiện với môi trường.
Bao bì sinh học trong tương lai sẽ thay thế cho các loại bao bì vật liệu polymer
có nguồn gốc từ dầu mỏ (như PE, PS). Cả ba loại polymer nói trên đều có hiệu quả cao
và dễ chế biến thành màng mỏng bằng công nghệ gia công chất dẻo thông thường.
2.2. Nguyên liệu dùng làm bao bì sinh học

2.2.1. Tinh bột sắn
2.2.1.1. Giới thiệu chung về tinh bột sắn và các tính chất
Các loại tinh bột chính có mặt trên thị trường hiện nay gồm có tinh bột sắn, tinh
bột khoai tây, tinh bột ngô, tinh bột gạo… Tinh bột sắn do có nhiều tính chất tốt, giá
thành thấp, không ảnh hưởng đến an ninh lương thực nên hiện nay đang được đầu tư
nghiên cứu chủ yếu để sản xuất bao bì tự phân hủy sinh học không chỉ ở nước ta mà
trên toàn thế giới.
Tinh bột sắn có màu rất trắng. Trong quá trình sản xuất nếu củ được nghiền khi
chưa bóc vỏ thì tinh bột thu được thường có màu tối. Màu xám của tinh bột sắn ảnh
hưởng tới chất lượng cũng như giá thành sản phẩm. Củ sắn và tinh bột sắn có pH trong
khoảng 6,0 – 6,3.
Quan sát bằng SEM, hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5 đến 40 µm với những hạt
lớn từ 25 – 35 , hạt nhỏ từ 5 – 15 và nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn, bề mặt
nhẵn một bên mặt, có chỗ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa.

Hình 2.1. Cấu trúc hạt tinh bột sắn quan sát trên
kính hiển vi điện tử quét SEM

13


Đề Tài Cấp Trường 2017
Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối
cao, 215000 g/mol so với 30500, 13500, 224500, và 276000 g/mol tương ứng ở
amylose của ngô, tinh bột lúa mì, tinh bột lúa mì, khoai tây và bắp sáp. Hàm lượng
amylose trong tinh bột sắn khoảng 8 – 29 %, nhưng nói chung đa số các giống sắn có
tỷ lệ amylose từ 16 – 18 %. Tinh bột sắn có tính chất tương tự tinh bột giàu
amylopectin như có độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao. Hàm
lượng amylose và amylopectin trong tinh bột sắn liên quan tới độ dính của củ nấu chín
và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp.

Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hóa trong khoảng 58,5 – 70 oC so với 56 – 66 oC ở
khoai tây và 62 – 77 oC ở tinh bột ngô. Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ các
liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ
hóa. Nhiệt độ hồ hóa cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hóa
thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tinh bột dễ bị phá vỡ.
2.2.1.2. Ứng dụng của tinh bột sắn
Tinh bột sắn có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp dệt, công nghiệp giấy,
công nghiệp thức ăn gia súc, công nghiệp thực phẩm (sử dụng các sản phẩm tinh bột
thủy phân như maltodextrin, glucose, các loại syro glucose, maltose, fructose,
cyclodextrin), công nghiệp lên men cồn và sản xuất acid hữu cơ như acid citric, trong
sản xuất dược phẩm như vitamin C, kháng sinh từ dịch tinh bột thủy phân…
2.2.1.3. Polymer tự phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột
Trong tinh bột có liên kết α nên làm cho tinh bột mềm dẻo và tiêu hóa được. Nhựa
phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột có thể có hàm lượng tinh bột từ 10 – 90 %. Các
polymer trên cơ sở tinh bột có thể đi từ ngô, lúa mì, sắn, gạo, khoai tây… Hàm lượng
tinh bột cần lớn hơn 60 % trước khi xảy ra phân hủy. Khi hàm lượng bột tăng lên thì
polymer composite trở nên dễ phân hủy sinh học hơn và để lại phần không tan ít hơn.
Thông thường các polymer trên cơ sở tinh bột được trộn hợp với các polymer có tính
chất tốt hơn để tạo ra các chất tốt cần thiết cho các ứng dụng khác nhau ví dụ như
polyester mạch no, PVA.
Phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột là kết quả tấn công của enzyme và các liên
kết glucoside giữa các nhóm đường làm giảm độ dài mạch, phân chia mắc xích đường
thành monosaccharide, disaccharide, oligosaccharide sắn sàng cho tiêu thụ theo con
đường sinh học. Ở hàm lượng tinh bột ít hơn (nhỏ hơn 60 %), các hạt tinh bột là những
mối liên kết yếu trong nền nhựa và để cho vi sinh vật tấn công. Điều này cho phép
polymer phân li thành phân đoạn nhỏ nhưng không phải toàn bộ cấu trúc polymer bị
phân hủy thực thụ.
Các polymer phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột bao gồm:
Tinh bột nhiệt dẻo.
Blend tinh bột với polyester tổng hợp mạch thẳng, no.

Blend tinh bột / PVA.

14


Đề Tài Cấp Trường 2017
2.2.1.4. Các loại tinh bột biến tính và ứng dụng
Các loại tinh bột tự nhiên đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công
nghiệp. Các ứng dụng khác nhau đòi hỏi những đặc tính khác nhau của tinh bột. Ngoài
ra, do sự cải tiến công nghệ sản xuất và sự phát triển liên tục các sản phẩm mới, nhu
cầu nghiêm ngặt hơn đối với các đặc tính và tính phù hợp sử dụng của tinh bột được
đặt ra. Các thuộc tính của tinh bột tự nhiên không đáp ứng đủ yêu cầu trong các ứng
dụng và gia công. Hậu quả là, cần thiết phải biến đổi các đặc tính của tinh bột để nhận
được loại tinh bột có những tính năng đáp ứng yêu cầu.
Công nghệ biến đổi tinh bột là nhờ vào các phương pháp chuyển đổi hoá học ,
vật lý hoặc enzyme qua việc cắt các liên kết, định hình lại, oxy hoá hoặc thay thế hoá
học trong phạm vi hạt tinh bột để làm thay đổi các đặc tính của tinh bột tự nhiên cho ra
sản phẩm tinh bột biến đổi có các tính năng tốt hơn.
Các loại tinh bột biến tính này có ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực sau: công
nghệ dệt, bột và giấy, thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, nghề đúc, dược phẩm và khoan
dầu.
 Tinh bột acetate:
Bằng cách cho tinh bột tự nhiên phản ứng với anhydride acetic hoặc vinyl
acetate, thu được sản phẩm tinh bột acetate (hay còn gọi là tinh bột acetyl hoá).
Các nhóm ester có tác dụng ngăn ngừa sự thoái biến của nhóm amylose trong
tinh bột. Sự biến đổi này ngăn chặn tự tạo gel, sự rỉ nước và duy trì ngoại quan cấu
trúc của sản phẩm gia công. Nó cũng cải thiện độ ổn định sau quá trình đông lạnh-rã
đông, cải thiện khả năng giữ nước và hạ thấp nhiệt độ hồ hoá của tinh bột, làm tăng độ
nhớt và cải thiện độ trong của gel.
Kết quả của việc biến đổi này là 1 sản phảm tinh bột ổn định để sản xuất bột

nhão bền vững qua nhiều chu kỳ đông lạnh - rã đông và ngăn ngừa tình trạng rỉ nước
xảy ra.
Các ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm như chất nền với độ ổn định đông lạnh rã đông tốt. Các ứng dụng mở rộng trong thực phẩm là sự kết hợp tinh bột ester với
tinh bột liên kết ngang.
Trong công nghiệp giấy, tinh bột ester có thể cung cấp độ ổn định độ nhớt cực kỳ
tốt.
 Tinh bột oxy hoá:
Tinh bột tự nhiên có thể được xử lý với nhiều tác nhân oxy hóa để tạo nên tinh
bột oxy hoá. Tinh bột oxy hoá có chiều dài mạch ngắn hơn tinh bột tự nhiên. Quá trình
oxy hoá tạo ra sản phẩm có độ dẻo ổn định, cải thiện độ trắng và giảm số lượng vi sinh
vật. Ngoài ra, liên kết hydro làm giảm khuynh hướng thoái hoá. Gel tinh bột có độ
trong cao và mềm. các tinh bột oxy hoá là tác nhân làm đặc tốt nhất cho các ứng dụng
đòi hỏi gel có độ cứng thấp, điều này cải thiện độ dính trong nhào trộn bột và làm bánh
mỳ.

15


Đề Tài Cấp Trường 2017
Dung dịch loãng của tinh bột oxy hoá mức cao giữ được độ trong sau thời gian
dài lưu trữ, thích hợp cho các loại súp trong, đóng chai và các sản phẩm bánh kẹo
trong. Tinh bột oxy hoá được sử dụng rộng rãi để tráng phủ bề mặt giấy, hồ sợi trong
công nghiệp dệt.
 Tinh bột biến tính kép acetate và phosphat :
Các tinh bột được liên kết ngang nhờ quá trình acetyl hoá tạo thành liên kết ổn
định hơn, sản phẩm này còn được gọi là tinh bột biến tính kép và nó thể hiện đồng thời
các đặc tính và chức năng của tinh bột acetyl hoá và phosphat hoá.
Độ ổn định đông lạnh, rã đông tuyệt hảo, độ trong của gel tốt hơn, chịu nhiệt độ
cao, độ ổn định trong acid và khuấy trộn mạnh được cải thiện. Hiệu năng tuyệt vời
trong gia công thực phẩm bao gồm sữa chua, nước tương, tương ớt, sốt cà chua, súp,

các loại nước sốt, bánh puding, thạch (gel), giăm bông và xúc xích, thực phẩm đóng
hộp và thực phẩm lạnh đông.
 Tinh bột liên kết ngang:
Liên kết ngang nhằm kiểm soát cấu trúc tinh bột và cung cấp cho tinh bột sức
chịu đựng xé cắt, chịu acid và tính bền nhiệt. Từ đó chúng ta có sự kiểm soát tốt hơn
và linh hoạt trong việc xử lý công thức pha chế, gia công và xác định hạn sử dụng của
sản phẩm. Liên kết ngang được hình dung như là “mối hàn điểm” giữa các hạt tinh bột
ở các vị trí ngẫu nhiên, làm gia cường liên kết hydro và ức chế sự trương nở của hạt
tinh bột.
Liên kết ngang làm các tinh bột tương đối dễ bị hư hỏng trở nên bền vững, làm
cho tinh bột nấu chín nhớt hơn và có cấu trúc vững chắc, ít bị phá hỏng khi thời gian
nấu kéo dài, trong môi trường acid hoặc khuấy trộn mạnh.
Sản phẩm tinh bột này thích hợp ứng dụng trong môi trường gia công có pH
thấp, gia nhiệt cao và có tác động xé cắt cơ học
 Tinh bột biến tính acid:
Tinh bột chưa qua biến tính được xử lý với một acid vô cơ ở nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ hồ hoá và kết quả là các phân tử tinh bột bị thuỷ phân từng phần. phản ứng
này cắt mạch và làm giảm độ nhớt tinh bột. Nó cũng làm tăng xu hướng thoái hoá của
tinh bột.
Độ nhớt thấp hơn cho phép sử dụng nồng độ cao hơn để định hình gel cứng bền
vững trong các viên gôm ngậm và thạch. Trong các ứng dụng này, tinh bột biến tính
acid có ưu điểm hơn đáng kể so với tinh bột tự nhiên. Các ứng dụng mở rộng trong
công nghiệp thực phẩm của tinh bột biến tính acid thường có sự kết hợp với phản ứng
ester hoá và ether hoá tinh bột.
 Tinh bột cation.
Tinh bột cation đại diện cho các dẫn xuất tinh bột có hiệu năng cao được sử dụng
trong ngành sản xuất giấy để làm tăng độ bền. Các tinh bột cation mang 1 điện tích
dương ở mọi giá trị pH, tạo ra áp lực của chúng đối với các chất nền mang điện tích

16

Đề Tài Cấp Trường 2017
âm chẳng hạn như cellulose, bột giấy và một số loại sợi tổng hợp, các huyền phù trong
nước của các chất vô cơ, bùn và các đại phân tử hoạt tính sinh học.
Tinh bột cation cải thiện rõ rệt khả năng giữ các chất độn. Dioxide titan, đất sét,
bột tal và đá vôi thường được kết hợp dùng trong kỹ nghệ giấy để cải thiện độ chắn
sáng của giấy in cao cấp, giấy viết và giấy có khối lượng nhẹ. Với sự tăng chất độn, tờ
giấy sẽ mất đi độ bền do các chất độn đưa vào làm giảm số vị trí của liên kết sợi với
sợi. Tinh bột cation có tác dụng vừa cải thiện đặc tính bền vững lẫn đặc tính giữ chất
độn, do vậy nó giúp cho giấy có độ bền cao ở mức cao của chất độn.
2.2.2. Polyvinyl alcohol (PVA)
2.2.2.1. Khái niệm
PVA là một polymer tan trong nước. PVA thu được bằng phản ứng thủy phân
polyvinyl acetate. Con đường tổng hợp không đi từ monomer là vinyl alcohol do các
monomer này không bền và không thể phân lập đượng để trùng hợp thành PVA một
cách khả thi nhất [3]. PVA được tìm ra đầu tiên bởi Hermann và Haehnel vào năm
1924 bằng thủy phân polyvinyl acetate trong ethanol với potassium hydroxide. Nhóm
acetate được thủy phân bằng cách trao đổi ester với ethanol với sự có mặt của muối
khan sodium methalate hoặc dung dịch sodium hydroxide. Những đặc trưng vật lý
hoặc chứng năng sử dụng cụ thể phụ thuộc vào mức độ trùng hợp hoặc mức độ thủy
phân. PVA có hai loại chủ yếu là thủy phân một phần và thủy phân toàn phần. PVA
thủy phân một phần thường được sử dụng nhiều trong thực phẩm.

Hình 2.2. Công thức cấu tạo của PVA
2.2.2.2. Tính chất của PVA
 Tính chất vật lý
Tất cả các PVA được alcol phân một phần và hoàn toàn đều có nhiều tính chất
thông dụng làm cho polymer có giá trị cho nhiều ngành công nghiệp. Các tính chất
quan trọng nhất là khả năng tan trong nước, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ

bền kéo cao, chất lượng kết dính tốt và khả năng hoạt động như một tác nhân phân tán
- ổn định [3].
Độ hòa tan: Độ hòa tan trong nước và độ nhớt phụ thuộc vào mức độ thủy phân
và khối lượng phân tử của PVA. PVA thủy phân hoàn toàn chỉ hòa tan trong nước nóng
trong khi PVA thủy phân một phần (88 %) hòa tan ở nhiệt độ phòng. PVA với mức độ
thủy phân 80 % chỉ hòa tan ở nước có nhiệt độ khoảng 10 – 40 oC. Trên 40 oC, dung
dịch trở nên mờ (vì vậy gọi là điểm mờ) và sau đó PVA kết tủa. Dung dịch PVA có độ

17


Đề Tài Cấp Trường 2017
phân cực cao giống như nước, dimethyl sulfoxide, các glycol và dimethylformamide…
do trong cấu trúc phân tử có chứa nhiều nhóm OH.
Tạo màng: Vì PVA thường được hòa tan trong nước trước khi sử dụng nên khả
năng tạo màng của chúng rất quan trọng trong hầu hết các ứng dụng. Màng và lớp phủ
PVA không cần chu kỳ đóng rắn, sự tạo màng dễ dàng xảy ra bằng cách cho nước bay
hơi khỏi dung dịch. So với các loại nhựa, độ bền kéo của PVA cao và so với các vật
liệu tan trong nước khác thì nó khá nổi bật. Độ bền kéo của PVA thay đổi theo một số
yếu tố như phần trăm thủy phân, độ trùng hợp, hàm lượng chất dẻo hóa và độ ẩm. Giá
trị độ bền kéo giảm khi mức độ alcol phân giảm.
Khả năng chịu dầu và dung môi: PVA không bị ảnh hưởng bởi dầu thực vật,
mỡ và hydrocarbon dầu mỏ. Khả năng chịu dung môi tăng theo mức độ thủy phân.
Không có sự khác nhau đáng kể trong khả năng chịu dung môi giữa các loại có độ
nhớt thấp, trung bình và cao trong một khoảng thủy phân cụ thể.
Tính chất keo dán: Một trong các thuộc tính quan trọng nữa của PVA là tính
chất keo dán hay độ bền kết dính của nó. Điều này có thể là do khả năng dễ tạo màng
của nó và thu được độ bền kéo cao hơn. Như vậy PVA là một trong những loại nhựa
giá trị nhất để sản xuất keo dán và cùng với nhũ tương polyvinyl acetate tạo nên ngành
công nghiệp keo dán nhựa tổng hợp.

Khả năng chống thấm khí: PVA có thuộc tính đặc biệt là khả năng chống thấm
khí. Các nghiên cứu đối với màng PVA thủy phân hoàn toàn, loại có độ nhớt thấp ở
25 oC, ẩm độ tương đối 0 % không thể hiện sự truyền oxygen và nitrogen. Dưới
các điều kiện tương tự, tốc độ truyền khí dioxide carbon là 0,02 g/m2/24 giờ [3].
 Tính chất hóa học
Theo Mark J. E. (1998) [9], PVA tham gia các phản ứng hóa học giống như một
alcohol chứa nhiều nhóm OH.
PVA có thể phản ứng ester hóa tạo hợp chất vòng với acid boric hoặc muối
borate, thể hiện tính chất của một ester hữu cơ. PVA cũng tham gia phản ứng ether hóa
và acetal hóa với các aldehide hình thành các hợp chất quan trọng trong công nghiệp.
Ngoài ra PVA còn có một số tính chất khác như khả năng tạo phức chất với đồng, phản
ứng liên kết ngang mạch nhờ tác dụng của các nhóm OH [3].
 Sự phân hủy của PVA
PVA phân hủy sinh học cho hợp chất dioxide carbon và nước. Có khoảng 55 loài
vi sinh vật khác nhau có khả năng phân hủy PVA. Trong đó các vi khuẩn như nấm men
và nấm mốc cho hiệu quả phân hủy tốt nhất.
 Ứng dụng của PVA
PVA được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp như keo dán, chất
kết dính, hồ và phủ giấy, hồ sợi và hoàn thiện, tác nhân tạo nhũ, màng PVA…[3].

18


Đề Tài Cấp Trường 2017

CHƯƠNG 3: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện
Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Công Nghệ Hóa-Môi Trường.
Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Huế từ tháng 01/2017 đến 05/2017.
3.2. Nguyên liệu, thiết bị và dụng cụ

3.2.1. Nguyên liệu
Tinh bột sắn: tinh bột năng thực phẩm tapioca, nhãn hiệu Tài Ký, Việt Nam.

Hình 3.1. Tinh bột sắn
Tinh bột sắn biến tính acetate: sản xuất tại Công ty cổ phần trách nhiệm hữu hạn
Vedan Việt Nam.

Hình 3.2. Tinh bột biến tính acetate
Polyvinyl alcohol (PVA), (C2H4O)n: PVA 217, xuất xứ từ Trung Quốc.

Hình 3.3 Polyvinyl alcohol
19


Đề Tài Cấp Trường 2017
Glycerol: C3H8O3, độ tinh khiết trên 99,0 %, xuất xứ từ Trung Quốc

Hình 3.4. Glycerol
Nhựa thông: mua ở chợ Đông Ba huế

Hình 3.5. Nhựa thông
Poly(dimethylsiloxane),hydroxy-terminated (PDMS).

Hình 3.6. PDMS
-

Sol SiO2 được chế tạo từ thủy tinh lỏng (Na2SiO3) bằng phương pháp trao đổi ion

20

Đề Tài Cấp Trường 2017
3.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

Hình 3.7. Tủ nung

Hình 3.8. Máy đo quang phổ

Hình 3.9. Máy khuấy và gia nhiệt

Hình 3.11. Tủ xấy

Hình 3.13. Bếp gia nhiệt

Hình 3.10. Cân phân tích

Hình 3.12. Dụng cụ thí nghiệm

Hình 3.14. Kính và ống cán tạo màng
21


Đề Tài Cấp Trường 2017
3.3. Quy trình thực nghiệm
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của tinh bột biến tính vào độ bền kéo đứt của
màng
Với mong muốn có thể cải thiện độ bền kéo đứt của màng polymer sinh học
chúng tôi tiến hành chế tạo màng tinh bột biến tính/PVA và màng tinh bột/PVA sau đó
so sánh độ bền kéo đứt của hai loại màng vừa chế tạo được. Quy trình chế tạo màng
được thực hiện như sau:

PVA

Nước

Ngâm

Đun nóng
Glyxerol,TB sắn hoặc TBBT
,Glycerol,
PDMS

Khuấy, gia nhiệt

Tphòng , t = 15 phút
T = 80 – 90oC, t = 30 phút
T = 70 – 80oC, t = 40 phút

Dung dịch trong suốt

Đổ khuôn

Giữ ổn định

Sấy

Tphòng , t = 24 giờ
T = 50oC, t = 3 giờ

Màng thành phẩm

Kiểm tra độ bền kéo đứt

Hình 3.15. Quy trình thí nghiệm chế tạo màng polymer trên cơ sở tinh bột/PVA
và tinh bột biến tính/PVA
22


Đề Tài Cấp Trường 2017
3.3.2. Thuyết minh quy trình
PVA được cân cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, cho lượng nước cất cần bổ sung
trong công thức. Để cốc ở nhiệt độ phòng cho PVA tương nở hoàn toàn trong 15 phút.
Cho cốc vào bể nhiệt ở 80-90oC với thời gian 30 phút, cứ 10 phút thì khuấy 1 lần bằng
đũa khuấy để PVA tan hoàn toàn tạo thành dung dịch PVA.
Sau 30 phút, PVA tan hoàn toàn đặt trong bể nhiệt, ta cân tinh bột sắn hoăc tinh
bột biến tính acetate cho vào cốc chứa PVA và khuấy gia nhiệt ở t o70-80oC trong 20
phút sau đó tiếp tục cân urê, nhựa thông, glycerol, rồi cho vào cốc chứa PVA tiếp tục
khuấy gia nhiệt ở to 600C. Sau 20 phút, hỗn hợp trong cốc được hồ hóa hoàn toàn.
Dùng ống nghiệm thủy tinh để cán đều hỗn hợp trên khuôn. Màng sau khi được tráng
trên bề mặt khuôn sẽ được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong vòng 24 giờ. Sau đó tiến
hành tháo màng cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 50 oC. Thời gian sấy tạo sản phẩm là 3 giờ.
Tỷ lệ nguyên liệu chế tạo hai loại màng được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Tỷ lệ thành phần khối lượng nguyên liệu của
các màng cần tổng hợp
Tên mẫu
TBBT
TB
PVA
Nhựa thông
Glycerol
Mẫu 1

10
80
0.8
5
Mẫu 2
10
80
0.8
5
Các mẫu màng sau khi chế tạo được đo độ bền kéo đứt để so sánh.

PDMS
4.2
4.2

3.4. Khảo sát ảnh hưởng của sol SiO2 vào các tính chất của màng
3.4.1. Chuẩn bị sol SiO2
Chúng tôi chế tạo sol SiO2 tại phòng thí nghiệm khoa Công nghệ Hóa – Môi
trường bằng phương pháp trao đổi ion. Sử dụng nguyên liệu đầu là thủy tinh lỏng
khan. Đầu tiên chúng tôi pha dung dịch thủy tinh lỏng 10% sau đó cho dung dịch vào
cột trao đổi ion. Sản phẩm sau khi qua trao đổi sẽ được ổn định trong môi trường pH =
9-10. Các quá trình thí nghiệm chế tạo sol SiO2 được thể hiện như hình:

Hình 3.16. Quy trình chế tạo sol SiO2
Sol chế tạo được phải có độ ổn định trong thời gian dài. Kết quả phân tích thành
phần hóa cho thấy sol chứa SiO 2 với hàm lượng đến 94%, phần còn lại là lượng mất
khi nung.
23

Đề Tài Cấp Trường 2017
3.4.2. Chế tạo màng tinh bột/PVA/sol SiO2
Dung dịch keo silica được chế tạo bằng phương pháp trao đổi ion có độ ổn định
tốt. Chúng tôi chế tạo màng có sử dụng sol SiO2 theo quy trình:
PVA

Sol SiO2

Ngâm

Đun nóng
Glyxerol,TB sắn ,nhựa thông,
PDMS

Tphòng , t = 15 phút
T = 80 – 90oC,t = 30 phút
T = 70 – 80oC,t = 40 phút

Khuấy, gia nhiệt

Dung dịch trong suốt

Đổ khuôn

Tphòng , t = 24 giờ
Giữ ổn định

Sấy

T = 500C, t = 3 giờ

Màng thành phẩm

Màng
Tinh bột/PVA/SiO2

Hình 3.17. Quy trình tổng hợp màng tinh bột/PVA/SiO2
Quá trình chế tạo màng được thực hiện với việt bôt sung lần lượt 20ml ,25ml, 30
ml sol SiO2 3%.

24


Đề Tài Cấp Trường 2017
Để so sánh các tính chất của các mẫu màng tinh bột/PVA, tinh bột/PVA/SiO2
chúng tôi thực hiện kiểm tra các mẫu màng bằng phương pháp vật lý đo độ bền kéo
đứt của màng, phương pháp phân tích nhiệt DTA và đo độ hút ẩm của màng.
3.4.3. Đánh giá ảnh hưởng của sol SiO2 đến độ bền kéo đứt của màng
Các mẫu màng tinh bột/PVA, tinh bột/PVA/sol SiO2 được chế tạo khi bổ sung
thêm lần lượt 20ml, 25ml, 30ml dung dịch SiO2 3% được cắt thành mẫu có kích thước
như hình:

Hình 3.18. Kích thước các mẫu màng chuẩn bị đo độ bền kéo đứt
Sau khi chuẩn bị các mẫu màng chúng tôi tiến hành gửi phân tích độ bền kéo đứt
tại Khoa công nghệ vật liệu – Trường ĐH Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh.
3.4.4. Đánh giá ảnh hưởng của sol SiO2 đến khả năng chống hút ẩm của
màng
Để đánh giá ảnh hưởng của sol SiO 2 đến khả năng hút ẩm của màng tạo thành
trong điều kiện môi trường bình thường ở phòng thí nghiệm. Các màng được cắt thành
mẫu kích thước giống nhau, được sấy khô ở cùng nhiệt độ và được để hút ẩm ở vị trí

giống nhau, các thời điểm xác định ẩm độ giống nhau. So sánh độ ẩm của các màng thí
nghiệm ở những thời điểm khác nhau. Quy trình được tiến hành cụ thể như sau:
Lần lượt cắt các mẫu màng với kích thước mỗi màng 60 mm x 60 mm, ứng với
3 mẫu màng tinh bột/PVA và 3 mẫu màng tinh bột/PVA/25ml sol SiO 23% (hình 3.21)
Cho mỗi mẫu vào một chén sứ sạch rồi cho vào tủ sấy ở 105 oC trong 4 giờ cho khô
hoàn toàn. Cân để xác định khối lượng khô của mỗi mẫu. Để chén có chứa mẫu ở nhiệt
độ phòng và tiến hành cân các mẫu sau những khoảng thời gian khác nhau rồi xác
định để xác định độ ẩm của các mẫu.

25