thiết kế nhà máy sản xuất ly, chén nhựa sử dụng một lần bằng nhựa phân hủy sinh học PLA

KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

1

LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp chính là thành quả sau 4 năm học tập tại trường đại học
Tôn Đức Thắng của em. Để có thể hoàn thành tốt khóa luận này, em đã nhận được sự
giúp đỡ, hỗ trợ cũng như những lời động viên từ thầy cô, bạn bè, gia đình.
Em xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Lê Quốc Bảo, giảng viên của
bộ môn Vật liệu hữu cơ, khoa Khoa học ứng dụng, trường đại học Tôn Đức Thắng,
cũng là giảng viên hướng dẫn trực tiếp của em, người đã giúp đỡ, hỗ trợ, giải đáp
những thắc mắc, góp ý để em có thể hoàn thiện tốt khóa luận.
Bên cạnh đó, em xin cảm ơn các thầy cô của khoa Khoa học ứng dụng nói chung và
của bộ môn Vật liệu hữu cơ nói riêng đã giảng dạy cho em từ những kiến thức đại
cương đến những kiến thức chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng
và tạo điều kiện tốt nhất hỗ trợ em trong quá trình làm khóa luận.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè và gia đình của em, đã luôn quan tâm
động viên, giúp đỡ, hỗ trợ, góp ý và tạo điều kiện tốt cho em suốt quá trình học tập và
hoàn thiện khóa luận này.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
Tôi xin cam đoan đây là công trình thiết kế, nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của TS.Lê Quốc Bảo. Các nội dung kế, kết quả trong đề tài này là

trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong
các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu
thập từ các nguồn khác nhau và được ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của
các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về nội dung khóa luận của mình. Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan
đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu
có).
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

3

MỤC LỤC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

4

DANH MỤC BẢNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc tìm ra và ứng dụng các vật liệu thân thiện với môi trường vào
trong các ngành công nghiệp và dịch vụ nhận được sự quan tâm rất lớn trên thế giới.
Đối với ngành nhựa, các loại vật liệu có khả năng phân hủy sinh học đang được sử
dụng ngày càng nhiều, chủ yếu là để sản xuất các loại vật dụng dùng chỉ một lần như
chén, đĩa, ly, muỗng, nĩa ... và dùng trong y học như mô nhân tạo, dẫn truyền thuốc...
Trong đó, PLA là loại nhựa phân hủy sinh học đang được ứng dụng khá nhiều trên thế
giới, ứng dụng chủ yếu nhiều nhất là ly, chén nhựa tự phân hủy và dẫn thuốc trong y
học.
Bên cạnh đó, hiện tại ở Việt Nam, ly, chén nhựa dùng một lần chiếm thị trường khá
lớn trong các sản phẩm của ngành nhựa. Tuy nhiên, loại ly, chén nhựa dùng một lần
này chủ yếu được sản xuất từ các loại nhựa có nguồn gốc từ than đá, dầu mỏ như PP,
PET..., thời gian chúng phân hủy rất dài và việc xử lý rác thải phức tạp. Vẫn chưa có
nhiều công ty, nhà máy sản xuất dùng các loại nhựa phân hủy sinh học như PLA ở Việt
Nam.
Từ những điều trên, có thể thấy, thị trường ly, chén nhựa phân hủy sinh học tại
Việt Nam rất lớn. Chính vì vậy nên em chọn đề tài cho khóa luận tốt nghiệp của mình
chính là thiết kế nhà máy sản xuất ly, chén nhựa sử dụng một lần bằng nhựa phân hủy
sinh học PLA với năng suất mỗi loại 5000 tấn/năm. Nội dung của khóa luận bao gồm:
-

Tìm hiểu về nhựa phân hủy sinh học PLA, cách tổng hợp, tính chất và ứng dụng của

-

PLA.
Tìm hiểu về quy trình sản xuất ly, chén nhựa sử dụng một lần, cách lựa chọn máy móc,

-

thiết bị phù hợp với quy trình.
Tính cân bằng vật chất, bố trí thiết bị và tính kinh tế.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về nhựa phân hủy sinh học
1.1.1. Tổng quan về nhựa phân hủy sinh học

Hiện nay, nhựa phân hủy sinh học được xem như loại nhựa “dành cho tương
lai”. Cũng giống như các loại nhựa khác, nhựa phân hủy sinh học bao gồm các polymer
kết hợp với các chất hóa dẻo và phụ gia. Điểm khác biệt chính là polymer sử dụng
trong nhựa phân hủy sinh học được sản xuất chủ yếu từ nguồn sinh khối tái tạo. Ngoài
ra có thể sản xuất bằng cách biến tính một số loại polyester mạch thẳng hay mạch
vòng.
Với các ưu điểm mà các loại nhựa khác không có được như khả năng tự phân
hủy hoàn toàn, thân thiện với môi trường, sử dụng nguồn sinh khối tái tạo, có thể dễ
dàng kết hợp với các chất thải hữu cơ khác, làm giảm gánh nặng trong việc phân hủy
và xử lý rác thải..., nhựa phân hủy sinh học trong khoảng 10 năm gần đây đang được
đưa vào sử dụng rộng rãi trên thị trường.
Theo bản nghiên cứu thị trường của Germany’s nova-Institute, lượng nhựa phân
hủy sinh học đạt 3,5 triệu tấn, chiếm 1,5% trong tổng sản lượng nhựa nói chung (235
triệu tấn) vào năm 2011. Dự đoán vào năm 2020, ước tính lượng nhựa phân hủy sinh
học sản xuất sẽ đạt gần 12 triệu tấn, chiếm 3% trong tổng sản lượng nhựa nói chung
(400 triệu tấn), đồng thời thị trường sản xuất nhựa phân hủy sinh học sẽ chủ yếu phát
triển ở châu Á và Nam Mỹ do có nguồn cung cấp nguyên liệu thuận lợi. Từ các ưu
điểm và những dự đoán trên, ta có thể thấy tiềm năng phát triển của các ứng dụng làm
từ nhựa phân hủy sinh học rất lớn [1].

1.1.2. Phân loại nhựa phân hủy sinh học
 Các polymer phân hủy sinh học tự nhiên:

Polymer phân hủy sinh học tự nhiên được tổng hợp bằng các phản ứng trùng
hợp phát triển mạch các monomer, xúc tác hoạt hóa bằng enzyme. Các polymer thuộc
loại này chủ yếu là:
-

Polysaccharide: tinh bột và cellulose
Chitin và chitosan
Alginate
Gelatine
 Các polyester phân hủy sinh học:
Polyester phân hủy sinh học đóng vai trò chính trong việc sản xuất nhựa phân
hủy sinh học nhờ có chứa các liên kết ester dễ bị thủy phân. Polyester có 2 nhóm
chính: polyester mạch thẳng và polyester mạch vòng. Các polyester thuộc loại này chủ
yếu là:

-

Polyester mạch thẳng: PLA, PBS, PCL, ...
Polyester mạch vòng: AAC, PET, ...
 Một số loại 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, polyvinyl, acetate, polyacrylate [5].

1.2. Giới thiệu về thị trường của nhựa phân hủy sinh học

Dựa vào các ưu điểm và tiềm năng phát triển của nhựa phân hủy sinh học, việc
ứng dụng loại vật liệu này vào các lĩnh vực khác nhau đang ngày càng mở rộng ở nhiều
nước trên thế giới. Nhựa phân hủy sinh học thường được biến tính trước khi đưa vào
sản xuất nhằm đáp ứng theo những yêu cầu cụ thể của từng ngành nghề. Vật liệu cũng
được gia công theo nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc theo yêu cầu của sản
phẩm. Các ứng dụng phổ biến là trong lĩnh vực đồ gia dụng, bao bì – túi đựng hàng
hóa, trong nông – lâm nghiệp, ứng dụng trong y – sinh học..., nhiều loại đã trở thành
sản phẩm thương mại [5].
Đối với lĩnh vực đồ gia dụng, các sản phẩm chủ yếu là chén, dĩa, dao, muỗng...
dùng một lần. Đối với lĩnh vực bao bì – túi đựng hàng hóa, sản phẩm chính là các loại
bao bì dùng trong siêu thị: túi đựng thực phẩm, bao đựng rau củ quả... Đối với lĩnh vực
y – sinh học, vật liệu được ứng dụng làm mô cấy phẫu thuật, chỉ khâu phẫu thuật, hệ
phân phối thuốc. Đối với lĩnh vực nông – lâm nghiệp, nhựa phân hủy sinh học được
ứng dụng làm màng che phủ đất, bầu ươm cây... [2].
Tuy có nhiều ứng dụng và đã được phát triển khá nhiều ở các nước trên thế giới,
nhưng tại Việt Nam, việc ứng dụng nhựa phân hủy sinh học còn khá hạn chế, chưa
thông dụng do các doanh nghiệp thiếu sự liên kết giữa nghiên cứu phát triển và triển
khai ứng dụng thực tế, cơ sở vật chất, kinh phí cho giai đoạn sản xuất còn thiếu và hạn
chế. Hiện nay, chỉ mới có một vài công ty đầu tư sản xuất bằng loại vật liệu này như
Công ty cổ phần Sản xuất Nhựa Phú Mỹ (PMP) sản xuất túi đựng, dao, muỗng, nĩa
dùng một lần; Công ty cổ phần văn hóa Tân Bình (ALTA) sản xuất túi đựng tự phân
hủy, in ấn lên bao bì tự phân hủy; Công ty Trách nhiệm hữu hạn The Organik House
sản xuất hộp đựng thực phẩm, ống hút, muỗng bằng tre, bã mía, mo cau... Có thể thấy,
thị trường dành cho nhựa phân hủy sinh học ở nước ta còn rất lớn, cần được đầu tư
phát triển mạnh hơn.

Hình 1.1: Dao, muỗng, nĩa dùng một lần.

Hình 1.2: Bao bì nhựa tự phân hủy.


1.3. Tiềm năng và xu hướng phát triển của ly, chén nhựa phân hủy sinh học

Ngày nay, ly, chén nhựa dùng một lần được sử dụng khá phổ biến trong đời sống
hằng ngày, điển hình như sử dụng tại các tiệm cà phê, trà sữa, thức ăn nhanh, tại các
hoạt động tổ chức ngoài trời, các sự kiện lớn đông người tham dự... Tuy nhiên, loại ly,
chén nhựa dùng một lần hiện nay được sản xuất chủ yếu bằng nhựa PP, PE hoặc PET.
Những loại nhựa này thường khó xử lý rác thải do chúng không thể tự phân hủy trong
môi trường tự nhiên. Đây chính là nhược điểm lớn nhất của việc sử dụng ly, chén nhựa
dùng một lần. Để khắc phục điều đó, người ta đã nghĩ ra việc dùng nguyên liệu là nhựa
phân hủy sinh học để sản xuất ly, chén nhựa dùng một lần.
Việc sản xuất ly, chén nhựa phân hủy sinh học vẫn được sản xuất bằng phương
pháp đùn tạo màng sau đó dập tạo hình sản phẩm, tương tự như phương pháp sản xuất
loại ly, chén dùng một lần đang bán trên thị trường hiện nay. Điều này thuận lợi cho
các công ty vốn đang sản xuất loại ly, chén nhựa bằng nguồn nguyên liệu truyền thống
có thể chuyển đổi sang công nghệ sản xuất loại ly, chén nhựa phân hủy sinh học, cũng
như cho các công ty mới bắt đầu sản xuất dễ dàng mua được các loại thiết bị dùng cho
nhựa phân hủy sinh học có sẵn trên thị trường để đưa vào gia công.

Hình 1.3: Chén nhựa phân hủy sinh học.


Hình 1.4: Ly nhựa phân hủy sinh học.
Ly, chén nhựa phân hủy sinh học vẫn đảm bảo được những lợi thế ban đầu của
loại ly, chén nhựa dùng một lần như: trọng lượng nhẹ, thuận tiện cho việc mang đi,
không cần vệ sinh sau khi sử dụng, giá thành thấp..., nhưng lại thân thiện với môi

trường, giải quyết được vấn đề xử lý rác thải, đồng thời đảm bảo an toàn cho sức khỏe
người sử dụng. Bên cạnh đó, nguồn nguyên liệu sản xuất ly, chén nhựa tự phân hủy lại
dễ tìm và rẻ tiền. Từ những ưu điểm trên, có thể dự đoán trong tương lai, các công ty
sản xuất sẽ chuyển sang sản xuất loại ly, chén nhựa dùng một lần tự phân hủy, thay thế
dần và từ từ loại bỏ loại ly, chén nhựa hiện nay đang có trên thị trường. Việc thay thế
bằng ly, chén tự phân hủy vẫn đảm bảo cung cấp được cho nhu cầu thị trường ly, chén
dùng một lần, đồng thời làm giảm gánh nặng trong việc phân hủy rác thải nhựa, phù
hợp với xu hướng bảo vệ môi trường.


CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
2.1. Nguyên liệu chính: Nhựa PLA
2.1.1. Giới thiệu về nhựa PLA

Hình 2.5: Hạt nhựa PLA.
PLA là một polyester no, mạch thẳng, có công thức cấu tạo là (C 3H4O2)n, thuộc
loại nhựa nhiệt dẻo được tổng hợp từ acid lactic, không màu, có độ bóng, cứng chắc và
có các tính chất tương tự như PS. Tùy theo cách tổng hợp, PLA gồm có bốn loại:
PLLA, PDLA, PDLLA và meso – PLA. Trong đó, PLLA là vật liệu bán kết tinh, PDLA
là vật liệu tinh thể, còn PDLLA thuộc dạng vô định hình. Riêng meso – PLA thu được
bằng cách trùng hợp meso – lactide [2].

Hình 2.6: Chu kỳ của PLA trong tự nhiên [2].


PLA được sản xuất chủ yếu từ tinh bột bắp – nguồn nguyên liệu thu được từ sản
xuất nông nghiệp. Với các tính chất nổi bật như độ bền kéo cao, trong suốt, khả năng
phân hủy sinh học cao, dễ tạo hình sản phẩm ... trong tương lai PLA sẽ dần thay thế
cho PS, PP, ABS cũng như các loại nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ khác trong các ứng
dụng đòi hỏi yêu cầu cao. Loại vật liệu này là một trong những loại biopolymer đang

được sử dụng phổ biến. Năm 2010, PLA có khối lượng tiêu thụ cao thứ hai trong các
loại nhựa sinh học trên thế giới. Dự đoán nhựa PLA sẽ tăng 50% sản lượng vào năm
2022 so với năm 2017 [1].
2.1.2.

Phương pháp sản xuất nhựa PLA

PLA có thể tổng hợp bằng bốn phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu là sử
dụng phương pháp polymer hóa trực tiếp và phương pháp trùng hợp mở vòng.
 Phương pháp polymer hóa trực tiếp:

Phương pháp này tạo thành PLA có khối lượng phân tử thấp sau đó tăng phân tử
khối bằng các tác nhân kéo dài mạch cho đến khối lượng phân tử mong muốn.
CH3
n HO

C

CH3
COOH

trùng hợp

H

O

C COO H + (n - 1)H2O

xúc tác

H

H
n

Lactic acid

Polylactic acid

Hình 2.7: Phương trình điều chế PLA bằng phương pháp polymer hóa trực tiếp [7].
 Phương pháp trùng hợp mở vòng (ROP):

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Phản ứng trùng hợp
mở vòng của lactide với các chất xúc tác kim loại trong dung dịch alcohol ở điều kiện


nhiệt độ cao và áp suất thấp, bao gồm 2 giai đoạn: đầu tiên monomer lactic acid được
trùng ngưng để tạo thành oligomer, sau đó oligomer trải qua quá trình đề polymer hóa
đồng thời tạo thành polylactic acid.
CH3
2 HO

H3C

O

O

CH3

tạo vòng

trùng hợp mở vòng

-H2O

xúc tác

C COOH

O C COO

H

O

O

CH3

H
n

Lactic acid

Lactide

Polylactic acid

Hình 2.8: Phương trình điều chế PLA bằng phương pháp trùng hợp mở vòng (ROP)
[7].
 Các phương pháp khác:

Ngoài hai phương pháp kể trên, hiện nay các nhà khoa học đã tìm ra thêm được
hai phương pháp khác để tạo ra PLA. Một trong số hai phương pháp là thực hiện phản
ứng tạo PLA với các chất xúc tác không độc hại như các chất xúc tác có nguồn gốc từ
magnesium, calcium, kẽm, kim loại kiềm, nhôm. Phương pháp còn lại chính là phát
triển một loại vi sinh vật sản xuất ra PLA, sử dụng các enzyme để trùng hợp ra PLA.
Cả hai phương án này đều giúp cải thiện việc ô nhiễm môi trường, độc hại do quá trình
sản xuất gây ra. Tuy nhiên các phương pháp này vẫn chưa được đưa vào sản xuất thực
tế trong công nghiệp. Các nhà khoa học vẫn đang trong quá trình phát triển và hoàn
thiện hai phương pháp này [7].
2.1.3.

Tính chất của nhựa PLA

Nhựa PLA nói chung, ở nhiệt độ phòng, có nhiệt độ hóa thủy tinh T g và nhiệt độ
nóng chảy Tm tương ứng ở khoảng 55°C và 175°C. PLA có chu kỳ bán hủy trong môi
trường từ 6 tháng đến 2 năm, tùy thuộc vào tỉ số đồng phân, nhiệt độ, kích thước và


hình dáng của vật phẩm. Độ bền kéo của chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào việc hóa
dẻo, định hướng và độ kết tinh khi gia công. Đối với PDLA, PLLA, PDLLA, chúng
đều hòa tan trong các dung môi thông dụng như benzene, chloroform, dioxane... và
phân hủy bằng phản ứng thủy phân liên kết ester. Bảng dưới đây cho biết một số tính
chất cơ bản của PDLA, PLLA, PDLLA [2].
Bảng 2.1: Một số tính chất vật lý và hóa học của PDLA, PLLA, PDLLA [7]
Tính chất

Dung môi hòa tan

Cấu trúc tinh thể
Nhiệt độ nóng chảy
Tm (°C)
Nhiệt độ hóa thủy
tinh Tg (°C)
Nhiệt độ phân hủy
(°C)
Độ giãn dài (%)
Chu kỳ bán hủy ở
37°C trong môi
trường nước muối
thông thường
(tháng)

PDLA

PLLA

PDLLA

Tất cả đều hòa tan trong benzene, chloroform, acetonitrile,
tetrahydrofuran (THF), dioxane..., nhưng không hòa tan
trong ethanol, methanol và các hydrocarbon béo
Tinh thể

Bán kết tinh

Vô định hình

~ 180

~ 180

Có thể thay đổi

50 – 60

55 – 60

Có thể thay đổi

~ 200

~ 200

185 – 200

20 – 30

20 – 30

Có thể thay đổi

4–6

4–6

2–3

 Ưu nhược điểm của nhựa PLA:
-

Ưu điểm: PLA có khả năng phân hủy sinh học cao, thời gian phân hủy ngắn, không độc

-

hại với cơ thể con người, giá thành rẻ hơn các loại nhựa phân hủy sinh học khác.
Nhược điểm: Còn nhiều hạn chế về tính chất như nhiệt độ hóa thủy tinh T g thấp dẫn
đến khả năng ổn định thấp, PLA dễ bị thủy phân, tốc độ phân hủy thấp.. Bên cạnh đó,
việc sản xuất PLA ở quy mô công nghiệp còn khá tốn kém do đòi hỏi quy trình công
nghệ cao, điều đó khiến sản phẩm làm ra có giá thành cao hơn các loại nhựa có nguồn
gốc từ dầu mỏ như PP, PVC, PET... [2].
2.1.4. Ứng dụng của nhựa PLA
Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, PLA vẫn còn nhiều nhược điểm về tính chất
khiến khó gia công, hạn chế về mặt sản phẩm ứng dụng của PLA. Để có thể gia công
dễ dàng hơn, người ta sẽ biến tính PLA như các loại polymer khác trên thị trường,
nhằm tăng các tính chất, đáp ứng cho các nhu cầu cụ thể của từng loại sản phẩm. Một
số ứng dụng thường gặp của PLA như:

-

Lĩnh vực y sinh: kỹ thuật mô, kỹ thuật dẫn truyền thuốc, cấy ghép, chế tạo các thiết bị

-

y tế...
Lĩnh vực bao bì: sản xuất màng phin mỏng đóng gói thực phẩm, túi xách trong siêu thị,

-

túi nilong, bao bì bảo quản thực phẩm...
Lĩnh vực đồ gia dụng: chén, dĩa, khay nhựa, hộp đựng thức ăn, ly sử dụng một lần,

-

muỗng, nĩa...
Lĩnh vực điện tử: ứng dụng vật liệu composite nền PLA làm vỏ máy nghe nhạc, vỏ

-

điện thoại, thiết bị chống cháy trong nhà...
Lĩnh vực ô tô vận tải: ứng dụng vật liệu composite nền PLA để sản xuất lốp xe, ghế

-

ngồi, tay cầm, vòm xe, tấm trải sàn...
Lĩnh vực nông nghiệp: màng phủ, chậu cây ... [7].
2.2. Nguyên liệu phụ: Tinh bột sắn
2.2.1. Giới thiệu về tinh bột sắn


Hình 2.9: Tinh bột sắn.
Tinh bột là một polysaccharide carbohydrate với công thức hóa học là
(C6H10O5)n, bao gồm amylose và amylopectin theo tỷ lệ phần trăm. Tỷ lệ này thay đổi
tùy thuộc vào từng loại tinh bột, thường là từ 20:80 đến 30:70. Đây là thành phần quan
trọng nhất và quyết định giá trị của các loại củ, quả. Trong đó, tinh bột được tách từ sắn
hay còn gọi là khoai mì là loại tinh bột chính được dùng nhiều trong công nghiệp.

Tinh bột sắn có dạng bột màu trắng, không mùi, không vị. Các hạt tinh bột nhìn
dưới kính hiển vi có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ, có kích thước thường
nằm trong khoảng 5 – 40 µm. Tỷ lệ amylose : amylopectin trong tinh bột sắn khá cao
(80:20) nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa thấp.
Trong quá trình sản xuất chén nhựa phân hủy sinh học, tinh bột sắn được thêm vào
trong nguyên liệu sản xuất nhằm tăng khả năng tự phân hủy, tạo màu trắng cho sản
phẩm đồng thời giúp hạ giá thành sản phẩm [6].


2.2.2.

Phương pháp sản xuất tinh bột

Quy trình sản xuất tinh bột sắn từ sắn tươi cũng như máy móc thiết bị dùng để
sản xuất đều tương đối đơn giản và khá phổ biến.
Sắn tươi

Ngâm, rửa, bóc
vỏ
Mài xát

Rây, lọc

Tách rửa

Sấy

Tinh bột

Hình 2.10: Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn từ sắn tươi [6].

2.2.3.

Tính chất của tinh bột sắn

Tinh bột sắn có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu
trúc tinh thể yếu. Vì vậy nó dễ bị phân hủy bởi các tác nhân như acid, enzyme... Việc
xử lý tinh bột bằng các tác nhân hóa học hay tác nhân vật lý, cũng như sự có mặt của
các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến tính chất
của tinh bột sắn.
Một trong những tính chất quan trọng và nổi bật nhất của tinh bột sắn chính là
độ nhớt. Tinh bột sắn có độ nhớt rất cao, thể hiện ở lực liên kết yếu giữa các phân tử
tinh bột trong cấu trúc hạt. Ngoài ra, độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là một tính
chất quan trọng. Tính chất này của tinh bột sắn phụ thuộc rất nhiều vào giống sắn, điều
kiện môi trường sống và thời điểm thu hoạch [6].
2.2.4.

Ứng dụng của tinh bột sắn

Tinh bột sắn chủ yếu ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm như
dùng để làm các loại bánh kẹo, bánh tráng, phụ gia cho các loại nước sốt, làm thức ăn
chăn nuôi... Trong ngành công nghiệp giấy, tinh bột sắn được dùng để sản xuất giấy gói
bánh kẹo, phụ gia trong ngành dệt, giấy... Bên cạnh đó, tinh bột còn được dùng để sản
xuất keo dán, phụ gia cho ngành dược ...

Hình 2.11: Ứng dụng của tinh bột sắn.


Đối với các sản phẩm phân hủy sinh học, tinh bột có vai trò thúc đẩy quá trình

tự phân hủy của sản phẩm, tạo màu trắng đục cho các sản phẩm có yêu cầu về màu,
đồng thời giúp hạ giá thành sản phẩm [6].
2.3. Đơn pha chế
2.3.1. Các nguyên tắc và yếu tố thiết lập đơn pha chế
 Dựa vào yêu cầu của sản phẩm:

Điều cần quan tâm đến đầu tiên khi thiết lập đơn pha chế chính là những tính
chất, thông số, đặc tính của sản phẩm. Đơn pha chế cần phù hợp với các thông số kỹ
thuật tiêu chuẩn của sản phẩm để đảm bảo chất lượng, hình dáng, màu sắc của sản
phẩm [8].
Đối với ly nhựa phân hủy sinh học, ly được thiết kế với dạng hình trụ, nhỏ dần
về phía đáy ly. Ly nhựa không màu, trong suốt, thích hợp cho việc thiết kế, in ấn, trang
trí lên thành ly. Phần miệng ly có vành, phù hợp cho cả dùng màng ép và dùng nắp rời
dạng cầu. Còn đối với chén nhựa phân hủy sinh học sẽ được thiết kế với dạng hình bán
cầu, màu trắng đục. Phần thành chén trơn, phù hợp cho việc trang trí hay in ấn lên
chén. Các thông số chi tiết của ly và chén nhựa được ghi ở bảng bên dưới.


Bảng 2.2: Thông số thiết kế ly nhựa phân hủy sinh học [13]
Thông số

Ly

Dung tích

360ml

500ml

700ml

Đường kính miệng

9,5cm

9,5cm

9,5cm

Đường kính đáy

5cm

5,5cm

6,2cm

Chiều cao

10cm

13cm

15,5cm

Trọng lượng

7g

8g

10g

Chất liệu

PLA

Màu sắc

Trong suốt

Ngoại quan

-

Không trầy xước
Không cong vênh
Không co rút
Không dính bẩn

Bavia

Phải cắt gọt gọn gàng ở phần miệng ly

Đơn vị

cái

Quy cách đóng gói

1000 cái/thùng


Bảng 2.3: Thông số thiết kế chén nhựa phân hủy sinh học [13]


Thông số

Chén

Dung tích

300mL

650mL

Đường kính miệng

12cm

14 cm

Đường kính đáy

6,5 cm

90 cm

Chiều cao

5cm

7 cm

Trọng lượng

12g

20g

Chất liệu

PLA

Màu sắc

Trắng đục

Ngoại quan

-

Không trầy xước
Không cong vênh
Không co rút
Không dính bẩn

Bavia

Phải cắt gọt gọn gàng ở phần miệng chén

Đơn vị

cái

Quy cách đóng gói

600 cái/thùng

Ly và chén nhựa phân hủy sinh học đều được sử dụng một lần, không tái sử
dụng nhiều lần. Cả hai sản phẩm chủ yếu được sử dụng nhiều ở các tiệm cafe, trà sữa,
các quán ăn, dùng ở những nơi tổ chức hội nghị, sự kiện lớn... Tương tự các loại khác
được làm từ nhựa PP, PET ..., ly, chén nhựa phân hủy sinh học cũng khá đa dạng về
mẫu mã, kích thước, đồng thời cũng có khả năng chịu áp suất, khả năng chịu nhiệt,
chịu lực... khác nhau. Ly, chén nhựa tự phân hủy có những tính chất giống với loại ly,
chén truyền thống nhưng có ưu điểm vượt trội là khả năng tự phân hủy sinh học trong
môi trường tự nhiên, giúp giảm thiểu lượng rác thải ra môi trường.


 Dựa vào nguyên liệu, phụ gia:

Tùy thuộc vào các thông số kỹ thuật của sản phẩm và thời gian sản xuất sản
phẩm mà lựa chọn loại nguyên liệu hay phụ gia cho phù hợp với tính chất và yêu cầu
sản phẩm. Bên cạnh đó cũng cần quan tâm đến tỷ lệ phối trộn giữa nguyên liệu và phụ
gia, sao cho chất lượng sản phẩm tốt nhất mà giá thành vẫn hợp lý [8].
Ở đây nhựa PLA được chọn làm nguyên liệu chính sản xuất, đảm bảo đáp ứng
được các yêu cầu về khả năng tự phân hủy sinh học, tính chất, màu sắc của sản phẩm.
Bên cạnh đó, nhựa PLA và nguyên liệu phụ là tinh bột cũng an toàn cho người sử
dụng, không gây độc hại cho thực phẩm khi tiếp xúc trực tiếp.
2.3.2.

Các đơn pha chế

Dựa vào các nguyên tắc và yếu tố thiết lập đơn pha chế kể trên, ta quyết định
lựa chọn đơn pha chế cho 2 loại sản phẩm như sau:
Bảng 2.4: Đơn pha chế của ly, chén nhựa PLA
Loại sản phẩm
Ly nhựa PLA
Chén nhựa PLA

Thành phần
PLA nguyên sinh
PLA nguyên sinh
Tinh bột sắn

Phần trăm khối lượng (%)
100
70
30


CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
3.1. Giới thiệu về công nghệ sản xuất ly, chén nhựa phân hủy sinh học

Hiện nay, để sản xuất ly, chén nhựa dùng một lần gồm có hai phương pháp được
sử dụng chủ yếu: phương pháp ép phun và phương pháp dập tạo hình. Cả hai phương
pháp đều cùng một mục đích là tạo ra sản phẩm ly, chén nhựa đạt yêu cầu kỹ thuật.
Phương pháp ép phun là phương pháp cổ điển, có quy trình sản xuất khá đơn
giản, được đưa vào sản xuất công nghiệp từ nhiều năm trước. Phương pháp này được
sử dụng khá phổ biến, có thể sản xuất được các sản phẩm có các chi tiết từ đơn giản

đến phức tạp. Hầu như tất cả các loại nguyên liệu đều có thể sử dụng để sản xuất bằng
phương pháp này. Tuy nhiên, năng suất sản xuất từ phương pháp này khá thấp và hạn
chế.
Phương pháp dập tạo hình là phương pháp mới, gần đây đang được các công ty
sử dụng khá nhiều vì ưu điểm là có thể sản xuất được một lượng lớn sản phẩm trong
thời gian ngắn, nhờ vậy mà thời gian sản xuất được rút ngắn, nâng cao được năng suất
cho ra sản phẩm.
3.2. Lựa chọn quy trình sản xuất ly, chén nhựa phân hủy sinh học

Sau khi so sánh hai phương pháp nêu trên dựa vào các yêu cầu kỹ thuật của 2
loại sản phẩm, nguồn nguyên liệu và các yếu tố kỹ thuật của hai phương pháp thì
phương pháp dập tạo hình là phương pháp tối ưu nhất, có quy trình công nghệ sản xuất
phù hợp với nhà máy để sản xuất. Vì vậy, phương pháp dập tạo hình được lựa chọn làm
phương pháp sản xuất của nhà máy.
Phương pháp dập tạo hình gồm 2 công đoạn chính: đầu tiên là hạt nhựa nguyên
liệu sẽ được đem đi đùn, cán màng tạo thành tấm nhựa, sau đó đem tấm nhựa đi gia
nhiệt rồi ép thành hình sản phẩm. Các sản phẩm được làm bằng phương pháp này khá