(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu tổng hợp màng polylactic acid từ tinh bột lên men

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI
HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ
CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG POLYLACTIC ACID
TỪ TINH BỘT LÊN MEN

GVHD: PHẠM THANH TRÚC
SVTH: NGUYỄN THỊ CẨM TIÊN
MSSV: 16130095

SKL007559

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

.

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG POLYLACTIC ACID TỪ
TINH BỘT LÊN MEN

GVHD:

TS. PHẠM THANH TRÚC

SVTH:

NGUYỄN THỊ CẨM TIÊN

MSSV:

16130095

Khoá:

2016

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG POLYLACTIC ACID TỪ
TINH BỘT LÊN MEN

GVHD:

TS. PHẠM THANH TRÚC

SVTH:

NGUYỄN THỊ CẨM TIÊN

MSSV:

16130095

Khoá:

2016

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BM CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày 0 tháng 0 năm 2020

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Giáo viên hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Trúc

Cơ quan công tác của GV hướng dẫn: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí
Minh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Cẩm Tiên
MSSV: 16130035
1. Tên đề tài:
Nghiên cứu tổng hợp màng Polylactic Acid từ tinh bột lên men.
2. Nội dung chính của khóa luận:
Trong phạm vi của luận văn, tác giả đề xuất quy trình tổng hợp màng
Polylactic Acid (PLA) từ nguyên liệu ban đầu là tinh bột sắn. Tinh bột sắn được cho
lên men với vi khuẩn Lactobacillus Casei có trong sữa chua Proby và tạo PLA bằng
phương pháp trùng hợp trực tiếp. Trong quá trình tổng hợp, glycerol được thêm vào
với hàm lượng khác nhau đóng vai trị như chất hóa dẻo. Màng PLA dị hướng sau
khi gia công bằng phương pháp casting được xác định cấu trúc và các tính chất cơ
bản qua phổ hồng ngoại FTIR, độ bền kéo,…Màng PLA được dự kiến ứng dụng
trong nông nghiệp với khả năng phân hủy sinh học cao được phân tích bằng phép đo
độ tan trong nước, độ tổn hao khối lượng trong đất.
3. Các sản phẩm dự kiến:
Màng Polylactic Acid với hàm lượng chất hóa dẻo Glycerol là 0%, 15%,
30%, 45% ứng dụng trong nông nghiệp.
4. Ngày giao đồ án: 10-01-2020
5. Ngày nộp đồ án: 31 – 08 – 2020
6. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo:
Trình bày bảo vệ:
TRƯỞNG BỘ MƠN
(Ký, ghi rõ họ tên)

TS. Phạm Thanh Trúc

i

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Thị Cẩm Tiên
Ngành: Công nghệ vật liệu
Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp màng Polylactic acid từ tinh bột lên men.
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Trúc
Cơ quan công tác của GV hướng dẫn: Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, phường Linh Chiểu, quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chi Minh
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:
Sinh viên đảm bảo đầy đủ nội dung và khối lượng thực hiện được yêu cầu.
2. Tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên:

Sinh viên có tinh thần cầu tiến, học hỏi, cẩn thận và tỉ mỉ trong quá trình làm
việc.
3. Ưu điểm:
- Trình bày luận văn rõ ràng, mạch lạc, có tính logic.
- Nghiên cứu nêu ra được quy trình tổng hợp PLA từ các nguyên liệu thân

-

thiện với môi trường là tinh bột sắn, sữa chua và glycerol, quy trình ngắn gọn
và có thể thực hiện ở cấp cơ sở.
Vật liệu PLA dạng màng bước đầu đáp ứng được một số tính chất cơ lý cho
ứng dụng làm màng phủ nông nghiệp.

4. Khuyết điểm:

Cần cải thiện thêm về tính chất cơ lý của màng để nâng cao khả năng sử dụng ở
nhiều lĩnh vực khác.
5. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng? Có
6. Điểm: 9.5 (Bằng chữ: Chín rưỡi)

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 08 năm 2020
Giáo viên hướng dẫn

TS. Phạm Thanh Trúc
ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Thị Cẩm Tiên
Ngành: Công nghệ vật liệu
Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp màng Polylactic Acid từ tinh bột lên men.
Họ và tên giáo viên phản biện:
Cơ quan công tác của GV phản biện:
Địa chỉ:
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
2. Ưu điểm:
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................

..........................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
4. Kiến nghị và câu hỏi:
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
5. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
6. Điểm: ..............................................(Bằng chữ……………………………...)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020
Giáo viên phản biện

iii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô Phạm Thanh
Trúc, người đã dành rất nhiều thời gian, nhiệt huyết, giúp đỡ và hướng dẫn tơi trong
suốt thời gian thực hiện khóa luận này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô khoa Khoa Học Ứng Dụng, trường
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đã quan tâm, hướng dẫn cho tôi
trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Và đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm
ơn đến Thầy Huỳnh Hoàng Trung đã tạo điều kiện, nhiệt tình hỗ trợ trong q trình
tơi thực hiện luận văn này.
Tơi cảm ơn các bạn nghiên cứu phịng thí nghiệm Công Nghệ Vật Liệu đặc
biệt là bạn Phạm Tiến Đạt đã ủng hộ, giúp đỡ hết mình khi tơi gặp khó khăn trong

q trình thực nghiệm.
Và cuối cùng, trong suốt q trình thực hiện luận văn, khơng thể khơng tránh
khỏi những thiếu sót. Tơi mong nhận được sự đóng góp của q Thầy Cơ và các bạn
để nội dung luận văn được hồn chỉnh và có giá trị thiết thực.
Xin chân thành cảm ơn!

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan tồn bộ khóa luận này là cơng trình nghiên cứu của riêng
tơi. Số liệu, kết quả báo cáo là trung thực và chưa từng được cơng bố ở cơng trình
nào khác.

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP............................................................i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN....................................................ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN......................................................iii
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................iv
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................v
MỤC LỤC.............................................................................................................. vi
DANH MỤC VIẾT TẮT...................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG...............................................................................................ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ..................................................................x
LỜI MỞ ĐẦU.........................................................................................................xi
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU.....................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề......................................................................................................1

1.2. Tình hình nghiên cứu về polymer phân hủy sinh học trên thế giới và ở Việt
Nam.......................................................................................................................1
1.3. Động lực và mục tiêu nghiên cứu.................................................................3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................5
2.1. Giới thiệu về polymer phân hủy sinh học....................................................5
2.1.1. Khái niệm polymer phân hủy sinh học..................................................5
2.1.2. Quá trình phân hủy sinh học của polymer............................................5
2.2. Giới thiệu về Polylactic Acid........................................................................6
2.2.1. Tổng quan................................................................................................6
2.2.2. Tính chất..................................................................................................7
2.2.3. Tổng hợp..................................................................................................8
2.2.4. Ứng dụng PLA...................................................................................... 17
2.3. Phân tích và đánh giá vật liệu polymer..................................................... 19
2.3.1. Phổ hồng ngoại biến đổi FTIR............................................................. 19
2.3.2. Kính hiển vi........................................................................................... 20
2.3.3. Tính chất cơ học.................................................................................... 20
2.3.4. Nhiệt quét vi sai..................................................................................... 21
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM............................................................................ 22
3.1. Hóa chất....................................................................................................... 22
3.2. Thiết bị và dụng cụ...................................................................................... 23
3.3. Quy trình tạo màng PLA............................................................................ 25
3.3.1. Sơ đồ tổng hợp PLA.............................................................................. 25
3.3.2. Thiết minh quy trình tổng hợp PLA.................................................... 25
vi


3.4. Phương pháp phân tích và đánh giá màng PLA....................................... 27
3.4.1. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).....................27
3.4.2. Phương pháp đánh giá bề mặt bằng kính hiển vi...............................27
3.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DSC).......................................... 27

3.4.4. Phương pháp đánh giá cơ tính............................................................. 27
3.4.5. Phương pháp đánh giá độ tan trong nước........................................... 29
3.4.6. Phương pháp đánh giá độ tổn hao khối lượng trong đất...................30
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………..30
4.1. Đáng giá ngoại quan màng PLA khi bổ sung hàm lượng hóa dẻo...........31
4.2. Phổ FTIR của PLA...................................................................................... 33
4.3. Kính hiển vi quang học............................................................................... 34
4.4. Nhiệt quét vi sai (DSC)................................................................................ 35
4.6. Độ tan trong nước........................................................................................ 38
4.7. Độ tổn hao khối lượng trong đất................................................................ 39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 43

vii


Kí hiệu
PLA
LA
DI
PHA
PBS
PBT
PCL
PBAT
EMP
PK
PHB
PHV
ASTM

DSC
FTIR
σ

m

E
σb

Tg
Tm
Tc

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tính chất hóa lí của 3 dạng PLA...............................................................8
Bảng 2.2. Tỉ lệ amylose và amylosepectin của các loại tinh bột khác nhau [75].....10
Bảng 2.3. Vi khuẩn lên men đồng hình - dị hình và cấu hình của LA......................13
Bảng 3.1. Các hóa chất được sử dụng trong đồ án................................................... 22
Bảng 3.2. Các thiết bị được sử dụng trong đồ án..................................................... 23
Bảng 3.3. Tỉ lệ tinh bột và glycerol thêm vào trong quy trình tạo màng..................26
Bảng 3.3. Thơng số kích thước của mẫu quả tạ theo tiêu chuẩn ASTM D882-02. . .28
Bảng 4.1. Trạng thái màng PLA sau khi sấy với hàm lượng glycerol khác nhau.....31
Bảng 4.2. Thông tin phổ của các màng PLA khi bổ sung glycerol..........................34
Bảng 4.3. Thơng số nhiệt của PLA từ phân tích nhiệt vi sai (DSC).........................36
Bảng 4.4. Tính chất cơ học của PLA khi bổ sung glycerol......................................37
Bảng 4.5. Bảng số liệu độ hòa tan trong nước sau thời gian 1 giờ...........................38

ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Cơng thức cấu tạo PLA [63]......................................................................7
Hình 2.2. Các dạng đồng phân hình học của PLA hình thành từ LA.........................7
Hình 2.3. Cấu trúc amylose (a) và cấu trúc amylopectin (b) [75]..............................9
Hình 2.4. Hai dạng đồng phân của LA.................................................................... 11
Hình 2.5. Lên men đồng hình và dị hình của vi khuẩn LA...................................... 13
Hình 2.6. Các dạng đồng phân của Lactide............................................................. 15
Hình 2.7. Sơ đồ tổng hợp PLA với nhiều phương pháp khác nhau [63]..................16
Hình 3.1. Sơ đồ quy trình tạo màng PLA................................................................ 25
Hình 3.2. Hình ảnh minh họa của mẫu quả tạ theo tiêu chuẩn ASTM D882-02......28
Hình 4.1. Phổ FTIR của PLA khi bổ sung glycerol................................................. 33
Hình 4.2. Ảnh cấu trúc bề mặt dưới kính hiển vi của a) PLA0, b) PLA15, c) PLA30,
d) PLA45 và e) PLA60............................................................................................ 35
Hình 4.3. Biểu đồ nhiệt DSC của PLA30................................................................ 36
Hình 4.4. Biểu đồ thể hiện cơ tính của PLA............................................................ 37
Hình 4.5. Biểu đồ đường cong ứng suất PLA.......................................................... 38
Hình 4.6. Biểu đồ thể hiện độ tan trong nước của PLA........................................... 39
Hình 4.7. Hình ảnh quan sát khả năng phân rã mẫu PLA15 trước và sau khi đem chơn
ủ trong đất ở điều kiện nhiệt độ ngồi trời............................................................... 40

x


LỜI MỞ ĐẦU
Trong suốt thế kỷ qua - thế kỷ của thời đại đồ nhựa, vật liệu polymer đóng
vai trị quan trọng trong các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và tiêu dùng.
Nhưng phế thải của vật liệu này gây ô nhiễm trầm trọng trong môi trường, bởi khả

năng phân hủy của nó trong thời gian rất lâu, có loại đến hàng ngàn năm.
Để khắc phục nhược điểm này, thế giới hiện nay tập trung phát triển các loại
vật liệu xanh, nguồn gốc sinh học, có khả năng tự phân hủy, tái sinh và thân thiện
với môi trường, thay thế các loại polymer có nguồn gốc dầu mỏ. Các nghiên cứu
nhằm tạo ra các loại vật liệu có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi
trường đang thu hút nhiều nhóm nghiên cứu. Trong đó, xu hướng sử dụng các loại
vật liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên để dần thay thế các vật liệu có nguồn gốc từ
dầu mỏ đang ngày càng được quan tâm. Những loại vật liệu xanh, vật liệu tái tạo có
khả năng phân hủy sinh học như Polylactic Acid (PLA), Polyhydroxylbutyrate
(PHB) được xem là các ứng cử viên cho hướng phát triển này. Trong đó, so với các
polymer sinh học khác, PLA có một số ưu điểm nổi trội như: monomer lactic acid
(LA) được tạo ra bởi quá trình len men các sản phẩm từ nơng nghiệp nên có thể tái
sinh, tiết kiệm năng lượng, tác động tích cực đến chu trình CO 2 do sử dụng thực vật
làm nguyên liệu và có thể tái sinh PLA thành LA thơng qua phản ứng thủy phân.
Chính vì những ưu điểm trên mà PLA được xem là sự lựa chọn hàng đầu trong
các polymer sinh học có khả năng thay thế các loại polymer dầu mỏ. Hiện nay, một số
loại sản phẩm nhựa sinh học dựa trên PLA đã ra đời như Biota TM - Chai đựng nước bằng
nhựa PLA, NobleTM - Bình đựng nước hoa quả bằng nhựa PLA, Dannon TM , các sản
phẩm thực phẩm chức năng sử dụng L-lactic acid, ngồi ra PLA cịn được sử dụng
trong các ngành cơng nghiệp và vật liệu y sinh.
Tiếp bước những nghiên cứu về PLA, chúng tôi đã đề xuất thành công quy trình
tổng hợp PLA có khả năng phân hủy sinh học từ tinh bột lên men và cũng đã nghiên
cứu kỹ lưỡng về quy trình tổng hợp, cấu trúc và tính chất của PLA.

xi


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Nhựa là hợp chất cao phân tử, thành phần chủ yếu là các polymer hữu cơ,

được ứng dụng nhiều để làm vật liệu sản xuất đồ dùng hàng ngày như bao bì, hộp
đựng, chai nhựa... Các loại nhựa truyền thống mà con người thường sử dụng là
Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polyvinylchloride (PVC), Polycarbonat
(PC), Polyethylene terephthalate (PET)... Năm 1835, Henri Regnault đã tổng hợp
được vinyl chloride (VC), nguyên liệu chính để tổng hợp Polyvinylchloride (PVC)
và đây là nhựa nhân tạo lần đầu tiên xuất hiện trong lịch sử [15].
Nhựa có đặc tính bền, mỏng nhẹ, bền va đập, màu sắc đa dạng nhưng lại khó
phân hủy và tái chế, cần phải mất từ 400-1.000 năm nếu chơn dưới lịng đất. Với
quy mơ tồn cầu, con số này lên tới hàng tỷ năm. Theo Chương trình Môi trường
Liên hợp quốc năm 2018, cứ mỗi phút thế giới tiêu thụ 1 triệu chai nhựa, mỗi năm
có 500 tỷ túi nilon được sử dụng. Trong 50 năm qua, lượng nhựa được dùng đã tăng
gấp 20 lần và dự kiến sẽ tăng gấp đôi trong 20 năm tới. Thông thường nhựa được xử
lí bằng cách đốt cháy hoặc được chơn dưới lịng đất hoặc bị ném vơ tội vạ xuống
đường, đồng ruộng, sơng ngịi, biển cả. Riêng ở Việt Nam, mỗi ngày có khoảng
2.500 tấn rác nhựa được thải ra mơi trường, gây ơ nhiễm nghiêm trọng. Do đó cần
phải tìm kiếm những polymer khác thân thiện hơn với môi trường, mà Polylactic
Acid (PLA) là một trong những polymer phân hủy sinh học sản xuất từ nguyên liệu
tái sinh đang được quan tâm nhiều nhất [1].
Tại Việt Nam, việc sản xuất PLA còn gặp nhiều hạn chế như lactic acid (LA)
để tổng hợp PLA chủ yếu được thu mua từ nước ngồi với giá thành khá cao, cơ
tính PLA vẫn cần được cải thiện. Mặc dù quá trình sản xuất lactic acid và PLA được
nhiều người biết đến, nhưng rất ít quy trình đã được thương mại hóa và chi phí để
sản xuất PLA khơng thể cạnh tranh được so với loại nhựa tổng hợp. Chính vì vậy,
chúng tơi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp màng polylatic acid
từ tinh bột lên men” với mong muốn mang lại giá trị thiết thực về mặt kinh tế và
đồng thời góp phần bảo vệ mơi trường sống của chúng ta [2,3].
1.2. Tình hình nghiên cứu về polymer phân hủy sinh học trên thế giới và ở Việt
Nam
a. Tình hình nghiên cứu polymer phân hủy sinh học trên thế giới
H. Dave và cộng sự đã thử nghiệm mức độ phân hủy sinh học của màng

polyethylene mật độ thấp (LDPE) chứa 30% tinh bột. Kết quả cho thấy khối lượng
mẫu giảm 6.3% và 84.5% khối lượng của tinh bột khi chôn trong hỗn hợp phân đất
sau 48 tuần [16].
Các nghiên cứu gần đây chủ yếu hướng đến sự phát triển của vật liệu bằng cách
pha trộn với các polymer phân hủy sinh học khác như chitosan, polycaprolactone và
polyethylene. Ogawa và cộng sự đã bắt tay vào nghiên cứu biến tính polyethylene
1


(PE) với tinh bột bằng cách sử dụng ethylene acrylic acid (EAA) và polycaprolactone
(PCL). Kết quả cho thấy màng thu được phân hủy hơn 80% sau 6 tháng [17].
Gần đây, β hydroxybutyrate (PHB) cũng được các nhà khoa học quan tâm, PHB được sản
xuất bằng phương pháp lên men cung cấp nguồn carbon cho vi khuẩn để chế tạo các copolymer khác
nhau và vật liệu thu được có tính chất cơ học khác nhau. PHB giảm cấp trong điều kiện yếm khí bởi các
lồi vi sinh vật thuộc Clostridium [18,19].

Nghiên cứu về tổng hợp polylactic acid (PLA) bằng tinh bột ngô đã được tiến
hành bởi Jacobsen và cộng sự. Polyethylene glycol (PEG) được đưa vào PLA để
tăng cường kết tinh và giảm nhiệt độ chuyển thủy tinh làm giảm độ giòn của màng
nguyên chất [20].
PLA pha trộn với các polymer khác như polylactic-co-glycolic (PLGA) để
cải thiện tính tương thích sinh học, tăng cường tính ưa nước và tăng tốc độ phân hủy
sinh học cũng đã được nghiên cứu bởi Galia và cộng sự [21].
b. Tình hình nghiên cứu polymer phân hủy sinh học ở Việt Nam
Ở Việt nam, các nhà khoa học tại các viện nghiên cứu hoặc các trường đại
học cũng đã ít nhiều có những nghiên cứu theo hướng tạo ra các sản phẩm nhựa có
đặc tính phân hủy sinh học, đó là:
Viện Hóa học và Cơng nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu thành công hỗn hợp
LDPE/TPS (vật liệu nhiệt dẻo) được ứng dụng trong lĩnh vực bao bì được phối trộn
với TPS nhờ chất tạo cầu polyethylene ghép anhydride maleic (PE-g-AM) [4].

Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng tại thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu
polymer tự phân hủy trên cơ sở lactic acid chuyển hoá thành lactide và polylactide. Kết
quả cho thấy mẫu polymer có khả năng phân hủy hồn tồn khi chơn trong đất sau thời
gian 30 ngày [3]. Gần đây, viện này cũng đã công bố một số kết quả khảo sát quá trình
tổng hợp polyanhydride sucinic trên một số xúc tác khác nhau hay tổng hợp màng
polymer composite trên cơ sở polyvinyl alcohol và sợi lignocellulosic [5].
Nhiều nghiên cứu chế tạo polymer phân hủy sinh học (PHSH) theo các
hướng khác nhau như nghiên cứu về chitin và chitosan tạo ra các màng bọc dùng
trong thực phẩm, nghiên cứu biến tính polymer truyền thống bằng một số acetate
kim loại, nghiên cứu cấu trúc của vật liệu nanocomposite PHSH trên cơ sở hỗn hợp
tinh bột và polyvinyl alcohol bước đầu cũng đã thu được những kết quả tốt [6,7].
Nhóm tác giả Trần Vĩnh Diệu thuộc Trung tâm nghiên cứu Vật liệu Polymer
đã báo cáo tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu PHSH trên cơ sở nhựa polylactic
acid gia cường bằng sợi nứa. Theo đó, sợi nứa được xử lý bằng dung dịch NaOH,
sau đó tạo mạt. Vật liệu composite được sản xuất bằng cách sắp xếp xen kẽ các tấm
nhựa PLA và mạt nứa, gia nhiệt trong điều kiện tác động lực. Vật liệu tạo ra có hàm
lượng sợi lên đến 40% [8].

2


Ngồi ra cịn có một số cơng trình tổng hợp polymer nhưng nhìn chung chưa
đi sâu vào khả năng tự phân hủy và chưa trở thành xu hướng chính trong nghiên cứu
[9,10,11].
1.3. Động lực và mục tiêu nghiên cứu
Trong thời điểm nền công nghệ polymer phát triển như hiện nay, con người
vẫn khơng thể phủ nhận tính tiện dụng của vật liệu bằng nhựa. Vì vậy, chúng ta cần
phải tìm ra vật liệu thay thế mới, đó chính là vật liệu PLA từ tinh bột lên men. Sở dĩ,
chúng tôi nghiên cứu về đề tài vì những lý do sau:
- Thứ nhất là do vấn đề cần bảo vệ môi trường sống:

Phần lớn các sản phẩm từ nhựa nhiệt dẻo (dạng bao bì, túi đựng, sản phẩm
định hình khn đúc…) cũng phải mất vài chục năm mới phân hủy. Đặc biệt các sản
phẩm từ nhựa nhiệt rắn (nhựa Epoxy, polyester không no - PEKN)… hoặc các loại
săm lốp ô tô (từ cao su đã lưu hóa…) mất hàng trăm năm mới phân hủy hoặc hồn
tồn khơng bị phân hủy trong mơi trường. Đã có nhiều phương pháp xử lý rác thải
nhựa nhưng mỗi phương pháp đều có những hạn chế: Nếu đem chơn lấp khơng
những tốn diện tích mà cịn gây ô nhiễm cho nguồn nước và đất; nếu dùng phương
pháp đốt cũng rất tốn kém, gây thêm ô nhiễm mơi trường do khói bụi và có thể sinh
ra chất độc; nếu dùng phương pháp tái sinh thì cũng khơng thu được sản phẩm có
chất lượng cao mà giá thành sản phẩm khơng phải là thấp. Vì vậy, giải pháp hữu
hiệu là nghiên cứu nhằm chế tạo ra vật liệu polymer có khả năng tự phân hủy để tìm
ngun liệu thay thế trong gia cơng thành bao bì, túi đựng, đồ gia dụng bằng
nhựa… khó phân hủy hiện nay, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường sống [2].
- Thứ hai là do yêu cầu tiến bộ khoa học công nghệ:
Khoa học và công nghệ thế giới luôn phát triển khơng ngừng. Nhiệm vụ của
các cơng trình nghiên cứu là tạo ra nhiều công nghệ mới, sản phẩm mới, phục vụ
cho công nghiệp và đời sống xã hội. Vật liệu polymer phân hủy sinh học là một
trong những sản phẩm mới của ngành rất cần được nghiên cứu, hoàn thiện và được
ứng dụng vào thực tiễn. Đây là một hướng nghiên cứu mới trên thế giới. Các cơng
trình nghiên cứu mới bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ trước song đã được phát
triển mạnh mẽ vào những năm đầu của thế kỷ này. Các sản phẩm mới tạo ra từ
hướng nghiên cứu này đã và đang được ứng dụng vào thực tiễn [2].
- Thứ ba là nhu cầu tiêu thụ:
Ngày nay, nhu cầu đối với vật liệu polymer phân hủy sinh học trên thế giới
ngày một tăng do sức ép về vấn đề bảo vệ môi trường. Các nước công nghiệp phát
triển đang phấn đấu thay thế dần đồ dùng từ vât liệu polymer nhiệt dẻo (PE, PP…)
bằng vật liệu polymer phân hủy sinh học. Xu hướng là sẽ phấn đấu thay 30% sản
lượng nhựa nhiệt dẻo trong thời gian tới, như vậy nhu cầu ít nhất là 66 triệu tấn/năm
trên tồn thế giới. Ở nước ta, chính phủ đã ban hành những nghị định, thông tư về
việc giảm thiểu sử dụng túi nilon khó phân hủy, các bộ, ngành đã ban hành những

quy định đánh thuế đối với những sản phẩm nhựa không thân thiện môi trường [2].
3


Với những lý do trên, đề tài nghiên cứu mà tôi đang hướng đến với những
mục tiêu như sau:
- Đề xuất quy trình tạo màng PLA từ tinh bột sắn lên men với giá thành thấp,
quy trình dễ thực hiện và khơng sử dụng hóa chất độc hại nhằm hạn chế ảnh
hưởng đến sức khỏe con người trong quá trình chế tạo.
- Ứng dụng màng PLA vào nông nghiệp nhằm giảm thiểu tối đa rác thải trong
nông nghiệp. Màng PLA khi được dùng làm màng phủ, bầu ươm cây…
chúng sẽ được chôn vào đất và tự phân hủy sinh học sau khi mùa vụ kết thúc.

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu về polymer phân hủy sinh học
2.1.1. Khái niệm polymer phân hủy sinh học
Theo ASTM định nghĩa: Polymer phân hủy sinh học khi được các vi sinh
chuyển hóa giải phóng carbon trong chuỗi polymer hình thành carbon dioxide,
methane, nước và các hợp chất vô cơ hoặc sinh khối để chúng tham gia tái tạo các
phân tử hữu cơ khác [22]. Quá trình phân hủy gồm 3 giai đoạn: phân rã, giảm cấp
và hình thành sinh khối, carbon và nước. Trong đó cơ chế áp đảo là tác động của
enzyme của vi sinh vật có thể kỵ khí hoặc hiếu khí đo được bằng các thử nghiệm
chuẩn trong một thời gian xác định phản ánh điều kiện phân hủy. Theo quan điểm
này, polymer phân hủy sinh học là loại polymer phải được phân hủy thơng qua tác
động của nước, khơng khí, nấm và hoạt động của vi sinh vật, đặc biệt do hoạt động
của enzyme, dẫn đến thay đổi lớn về cấu trúc hoá học của vật liệu, thành những
phân tử đơn giản không gây tác hại đến môi trường (như CO 2 và nước) trong một

thời gian nhất định. Do đó, polymer phân hủy sinh học về bản chất là hoàn toàn
khác biệt với các loại polymer dạng “bẻ gãy sinh học” hoặc “thủy phân sinh học”
hoặc “phân hủy quang – sinh học”. Các loại nhựa phân hủy sinh học có thể tái tạo
và tiêu tốn ít năng lượng để sản xuất cũng như tiêu hủy hoặc tái chế là xu hướng
phát triển và là quan tâm của hầu hết các quốc gia hiện nay [3].
Polymer phân hủy sinh học có thể được chia thành hai loại polymer phân hủy
sinh học có nguồn gốc từ dầu mỏ và từ vi sinh vật. Khác với polymer phân hủy sinh
học có nguồn gốc từ dầu mỏ, chẳng hạn như poly(vinyl alcohol) (PVOH), sử dụng
ethylene để sản xuất vinyl acetate để trùng hợp poly(vinyl acetate) và thêm vào
PVOH để thủy phân. Chi phí sản xuất của polymer này rất nhạy cảm với sự biến
động của giá dầu thơ và nó khơng thân thiện với mơi trường, do sự phát thải của khí
nhà kính trong q trình sản xuất. Tuy nhiên, các polymer phân hủy sinh học có
nguồn gốc từ vi sinh vật sử dụng hoạt tính sinh học của vi khuẩn để chuyển đổi các
sản phẩm thực vật như tinh bột, thành sản phẩm khởi đầu cho phản ứng trùng
ngưng. Polylactic acid còn được gọi là polylactide (PLA) được sản xuất theo cách
này, sử dụng hoạt động của vi sinh vật [22].
Nhựa phân hủy sinh học – polymer “xanh”, được xem là loại nhựa dành cho
tương lai, được thế giới công nhận là giải pháp hàng đầu trong việc thay thế các sản
phẩm nhựa truyền thống. Cũng giống như các loại nhựa khác, nhựa phân hủy sinh
học bao gồm các polymer kết hợp với chất hóa dẻo và phụ gia. Điểm khác biệt
chính là polymer sử dụng trong nhựa phân hủy sinh học như PLA, PBS, PBAT,…
được sản xuất từ nguồn sinh khối tái tạo. Ngoài ra, có thể sản xuất bằng cách biến
tính một số loại polyester mạch thẳng hay mạch vịng [2].
2.1.2. Q trình phân hủy sinh học của polymer
Trong quá trình phân hủy sinh học, vi khuẩn, nấm, sinh vật cấp cao có vai trị
quan trọng trong hấp thụ năng lượng hóa học cho việc duy trì sự sống của các tế bào
5


qua sự phân hủy. Có 2 q trình phân hủy sinh học: Phân hủy sinh học trong mơi

trường khơng khí và phân hủy sinh học trong mơi trường kị khí. Các phản ứng dưới
đây minh họa cho quá trình phân hủy đường glucose trong mơi trường khơng khí và
kị khí [12].
Mơi trường khơng khí:
Glucose + O2 → CO2 + H2O (ΔG= -686 kcal/mol)
Mơi trường kị khí:
Glucose → Lactate (ΔG= -47 kcal/mol)
Q trình phân hủy glucose trong mơi trường khơng khí giải phóng ra một
năng lượng rất lớn (686 kcal/mol) so với mơi trường kị khí (47 kcal/mol). Các q
trình phân hủy này diễn ra bên trong tế bào vi sinh và địi hỏi sự tham gia của các
q trình trao đổi chất khác bên trong tế bào. Tuy nhiên, cả hai quá trình phân hủy
sinh học chỉ xảy ra trong mơi trường có độ ẩm nhất định. Vì vậy, polymer phân hủy
sinh học phải có tính chất ưa nước (độ hút ẩm cao). Chính vì tính ưa nước nên
polymer phân hủy sinh học thường có cơ tính khơng cao [12].
2.2. Giới thiệu về Polylactic Acid
2.2.1. Tổng quan
Polylactic acid (PLA) không phải là một vật liệu mới, xuất hiện cách đây đã
nhiều thập kỷ. Năm 1932, Wallace Carothers đã sản xuất một sản phẩm có trọng
lượng phân tử thấp bằng cách đun nóng LA dưới chân khơng [22]. Do chi phí cao
nên chủ yếu chỉ sản xuất chỉ khâu y tế, cấy ghép và các ứng dụng dẫn truyền thuốc.
Chi phí sản xuất monomer đã cản trở sự phát triển của polymer. Gần đây, đã có
những tiến bộ trong q trình lên men glucose, biến glucose thành LA. Điều này đã
làm giảm đáng kể chi phí sản xuất LA và tăng sự chú ý đến polymer. Năm 2002,
công ty Cargill Dow polymers (LLC) đã đưa PLA vào sản xuất ở qui mô công
nghiệp đầu tiên ở Nebraska với công suất 140.000 tấn/năm [49]. Năm 2010, PLA có
khối lượng tiêu thụ cao thứ 2 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 [24].
6

Poly (lactid acid) (PLA) là một polyester aliphatic. Cơng thức hóa học là (C3H4O2)n, Mw = 0,89 − 2,98 × 10 .

PLA thuộc nhóm poly (α-hydroxy ester), được tổng hợp từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên. PLA có tính chất hóa lý gần
giống như poly (ethylene terephtalat) (PET) được tổng hợp từ nguyên liệu hóa thạch như độ cứng cao, modun đàn hồi cao, độ
bền kéo đứt lớn, nhưng khác với các vật liệu polymers có nguồn gốc dầu mỏ là PLA có khả năng phân hủy sinh học cao nên thân
thiện với môi trường [26].

PLA thường được làm từ α-hydroxy acid, bao gồm polyglycolic acid (PGA).
Đây là một trong số ít các polymer có cấu trúc hóa học lập thể có thể dễ dàng được điều
chế bằng cách trùng hợp hỗn hợp các đồng phân L và D để tạo ra các polymer khối
lượng phân tử lớn với cấu trúc bán tinh thể hoặc vơ định hình. Các thuộc tính có thể
được sửa đổi thông qua sự biến đổi của các đồng phân (tỷ lệ L/D) và các chất đồng
trùng hợp và (D, L). Ngồi ra, PLA có thể được điều chỉnh bằng công thức liên
6


quan đến việc thêm chất hóa dẻo, các chất sinh học khác, chất tạo màng,… [27].
PLA có khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học khi tiếp xúc với các mô
sống đối với các ứng dụng y sinh như cấy ghép, khâu vết thương, đóng gói thuốc,...
PLA có thể bị giảm cấp do sự phân hủy sinh học (sự thủy phân đơn của liên kết
ester mà không cần sự có mặt của các enzyme [27].

Hình 2.1. Cơng thức cấu tạo PLA [26].
Khả năng phân hủy sinh học nhanh hay chậm của PLA tùy thuộc vào điều
kiện môi trường. Trong mơi trường chơn ủ, PLA phân hủy hồn tồn từ 45-60 ngày
ở 500C. Đồng thời PLA có độ tương thích sinh học cao, khơng độc hại với cơ thể
người, nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt là y sinh. Hiện nay,
PLA đang là sản phẩm được sản xuất và ứng dụng đại trà trong công nghiệp với giá
thành rẻ hơn so với các loại nhựa phân hủy sinh học khác (2-3,2 USD/kg) với độ
bền kéo và mô đun đàn hồi cao (Tensile Strenght 55-75 MP, Young’s modulus 34GP) [13]. Bên cạnh đó, PLA có những hạn chế về mặt tính chất như độ dãn dài (57%), nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp (Tg) khoảng 55 0C dẫn đến khả năng ổn định
thấp. Sản xuất PLA trong quy mơ cơng nghiệp địi hỏi phải có chi phí cho quy trình
cơng nghệ cao, giá thành sản phẩm cao hơn so với các loại nhựa có nguồn gốc hóa

thạch như PP, PE...(PP, PE chỉ có 1,2-1,8 USD/kg) [13].
2.2.2. Tính chất

Hình 2.2. Các dạng đồng phân hình học của PLA hình thành từ LA [27].

7


Hai dạng đồng phân của LA là D-Lactic, L-Lactic có thể điều chế được ba
dạng đồng phân hình học của Lactide, từ đó thơng qua phản ứng polymer hóa mở
vịng tạo ra ba dạng PLA với tính chất hóa học được trình bày trong Bảng 2.1 poly
(D-Lactic acid) (PDLA), poly(L-Lactic acid) (PLLA), poly(D,LLactic acid)
(PDLLA) [26].
Bảng 2.1. Tính chất hóa lí của 3 dạng PLA [26].
Tính chất
Khả năng hịa tan
Cấu trúc tinh thể
Nhiệt độ nóng chảy T (0C)
m

Nhiệt độ chuyển thủy tinh
T (0C)

g

Nhiệt độ phân hủy (0C)
Thời gian bán hủy 370C
trong dung dịch nước muối
thường (tháng)
Sự phân hủy của polymer được chia thành phân hủy không đồng nhất và đồng

nhất hay còn gọi là phân hủy bề mặt và nội phân tử của polymer gồm: Phân mảnh mạch
chính, phân mảnh mạch bên cạnh và phân mảnh mạch giao nhau. PLA phân hủy chủ
yếu thông qua sự phân mảnh các liên kết ester, đây là cách các mạch polymer dài bị phá
vỡ thành các oligomer ngắn hơn, dimer hoặc monomer. Các đơn vị ngắn hơn này đủ
nhỏ để đi qua thành tế bào của vi sinh vật và được sử dụng làm chất nền cho các q
trình sinh hóa của chúng và do đó có thể bị phân hủy bởi các enzyme của
vi sinh vật [28]. Bên cạnh những cách phân hủy này, có một số yếu tố ảnh hưởng trực
tiếp đến khả năng phân hủy sinh học của các polymer như tính chất cơ học: Cấu trúc
(nhiệt độ thủy tinh (T g), nhiệt độ nóng chảy (T m), cấu trúc tinh thể và module), đặc tính
hóa học (cấu trúc hóa học, trọng lượng phân tử và phân bố trọng lượng phân tử) và các
yếu tố liên quan đến điều kiện bề mặt (diện tích bề mặt, tính chất kỵ nước,..).
Trong trường hợp PLA trọng lượng phân tử cao, tốc độ phân hủy sẽ chậm hơn so
với những người có trọng lượng phân tử thấp. Nói chung, điểm nóng chảy càng cao
thì khả năng phân hủy càng thấp nhiệt độ nóng chảy (T m) có ảnh hưởng lớn đến khả
năng phân hủy enzyme [28].

2.2.3. Tổng hợp
2.2.3.1. Nguyên liệu tổng hợp
a. Tinh bột sắn
Tinh bột sắn có dạng màu trắng, khơng mùi, khơng vị có pH trong khoảng từ
4,5 – 6,5 và độ acid thấp. Các hạt tinh bột nhìn dưới kính hiển vi có dạng hình cầu,
8


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 thái hóa thấp. Trong q trình sản xuất bao bì phân hủy
sinh học, tinh bột sắn được thêm vào trong nguyên liệu sản xuất nhằm khả năng tự phân
hủy, tạo màu trắng cho sản phẩm đồng thời giúp hạ giá thành sản phẩm [14]. Tinh bột được
cấu tạo từ hai polymer của đường glucose: amylose và amylopectin. Amylose là polymer

mạch thẳng chứa liên kết -1,4-glucoside và 0,1%
5 liên kết
6 phân nhánh -1,6-glucoside với
phân tử lượng của amylose khoảng từ 5 × 10 − 10 . Amylopectin chủ yếu chứa liên
kết -1,4-glucoside nhưng chứa đến 4% liên 7kết phân
8 nhánh -1,6-glucoside với phân tử
lượng nặng hơn amylose trong khoảng từ 10 − 10 . Hàm lượng amylopectin trong tinh
bột sắn và khối lượng phân tử tương đối cao 215.000 g/mol so với tinh bột bắp, tinh bột lúa
mì, tinh bột khoai tây tương ứng với 30.500 g/mol, 130.000 g/mol, 224.500 g/mol. Về hàm
lượng amylose, đa số giống sắn có tỉ lệ từ 16-18%. Tinh bột sắn có tính chất tương tự như
các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao,
thái hóa thấp và độ bền gel cao
[14]. Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hóa khoảng 58,5 – 70 0C, việc tạo ra các dẫn xuất của tinh
bột nhờ các liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt để thay đổi nhiệt độ
hồ hóa. Tinh bột lúa mì và tinh bột gạo có độ nhớt thấp hơn so với tinh bột sắn, việc hồ hóa
sớm và độ nhớt cao thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc tinh thể [14]. Tinh bột sắn chủ
yếu ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm như: bánh kẹo, bánh tráng, phụ
gia cho các loại nước sốt, thức ăn chăn nuôi,… Trong ngành công nghiệp giấy, tinh bột sắn
dùng để sản xuất giấy gói bánh kẹo, phụ gia ngành dệt, giấy,… Bên cạnh đó, tinh bột còn
dùng để sản xuất keo dán, phụ gia cho ngành dược,… Sử dụng tinh bột làm màng phủ có
thể phân hủy sinh học dùng trong nơng nghiệp (PVC). Túi giặt có thể tan trong nước sử
dụng một lần được dùng trong bệnh viện ở thị trường Mỹ từ năm 1977. Tinh bột có tính
tương thích sinh học khá tốt với polymer tổng hợp, thậm chí cịn tạo ra liên kết hóa học. Sử
dụng tinh bột biến tính để tăng cường liên kết tinh bột với polymer. Loại nhựa này đã được
sử dụng để đóng gói một số loại thuốc trừ sâu. Ngồi ra, tinh bột cịn được ứng dụng nhiều
trong cơng nghiệp dệt, giấy, chất kết dính,… [14].

Hình 2.3. Cấu trúc amylose (a) và cấu trúc amylopectin (b) [29].

9

Bảng 2.2. Tỉ lệ amylose và amylosepectin của các loại tinh bột khác nhau [29].

b. Vi khuẩn Lactobacillus casei
Lactobacillus casei thuộc loại trực khuẩn nhỏ, có kích thước rất ngắn nhưng có thể tạo
chuỗi, khơng di động và gram dương. Chúng có khả năng lên men một số loại đường như
glucose, fructose, galactose, maltose,… tạo ra L-lactic acid. Lactobacillus casei thuộc nhóm vi
khuẩn lên men lactic đồng hình, cấu trúc tế bào thường có dạng hình que với kích thước tế bào
khoảng
1,4-4,4 µm. Trong q trình lên men vi khuẩn lactic tồn tại tốt ở nhiệt độ từ 5 −
0
45 C và điều kiện acid nhẹ (pH 5,5-6,5). Ngoài vi khuẩn Lactobacillus cịn có các nguồn vi
khuẩn khác như Rhizopus oryzae cũng tạo ra LA nhưng trong điều kiện hiếu khí. Tuy nhiên,
q trình lên men của các loại vi khuẩn này không thuận lợi, do tốc độ tăng trưởng chậm và
năng suất thấp, trong khi việc khuấy trộn và sục khí dẫn đến chi phí năng lượng cao [22].

c. Glycerol
Glycerol hay cịn gọi là glycerin là hợp chất khơng màu, khơng mùi có độ
nhớt và được sử dụng rộng rãi trong ngành dược. Glycerol là một đường alcol có vị
ngọt và độ độc thấp, trong phân tử có chứa 3 nhóm OH do đó dễ dàng tan trong
nước và có tác dụng như một chất hút ẩm tự nhiên. Glycerol tương thích với
amylose và có thể gây trở ngại cho việc đóng chuỗi amylose. Glycerol được sử dụng
làm chất hóa dẻo để sản xuất màng phân hủy sinh học. Chất hóa dẻo tạo ra tính linh
hoạt cao hơn trong cấu trúc polymer bằng cách giảm lực liên phân tử và nhiệt độ
chuyển hóa thủy tinh của vật liệu, làm tăng tính di động của chuỗi polymer trong
màng tinh bột. Tỷ lệ cần thiết của tinh bột và glycerol phụ thuộc vào loại tinh bột
được sử dụng [30,31]. Heydari cùng cộng sự đã nghiên cứu độ ẩm tính chất của
màng tinh bột ngô. Họ phát hiện ra rằng những màng chứa ít hơn 10% glycerol sẽ
giịn và những màng có hàm lượng glycerol từ 10% đến 20% không đủ linh hoạt để

sử dụng. Nồng độ glycerol phụ thuộc vào mục tiêu ứng dụng. Lượng glycerol tối
thiểu cho độ bền cơ học chấp nhận được và độ chắn nhiệt là khoảng 30% cho màng
tinh bột sago [32]. Abdorreza và cộng sự báo cáo rằng mức glycerol dưới 30% có
thể làm giảm độ dẻo của màng tinh bột sago. Khi lượng glycerol vượt quá 50%, độ
dẻo tăng và tính thấm của màng cũng tăng. Hàm lượng glycerol càng cao, độ dẻo
càng cao nhưng hiệu quả hịa tan và tính chắn càng thấp [33,34].

10


2.2.3.2. Phương pháp sản xuất và tổng hợp
PLA được sản xuất từ monomer của LA. PLA có thể được sản xuất bởi hai
quy trình nổi tiếng là trùng hợp trực tiếp (DP) và trùng hợp mở vịng (ROP). Quy
trình DP đơn giản hơn ROP, ROP có thể tạo ra một dạng PLA giịn có trọng lượng
phân tử thấp. Một số chất có liên quan đến việc sản xuất PLA và các mối quan hệ
này đã được tóm tắt trong Hình 2.1. LA cho quá trình thu được từ quá trình lên men
đường. LA được chuyển đổi thành lactide và cuối cùng thành PLA. Cả hai thuật ngữ
polylactic acid và polylactide được sử dụng thay thế cho nhau, về mặt khoa học
polylactide được sản xuất thông qua phương pháp ROP và polylactic acid được tạo
ra bằng phương pháp DP [26].
a. Sản xuất LA
LA là hợp chất đóng vai trị chính trong một số q trình sinh hóa. Ví dụ:
lactate được sản xuất liên tục và loại bỏ trong quá trình trao đổi chất. LA đã được
sản xuất ở quy mô công nghiệp từ cuối thế kỷ XIX và chủ yếu được sử dụng trong
ngành công nghiệp thực phẩm như một chất điều chỉnh độ acid, được ứng dụng
trong mỹ phẩm, dược phẩm và thức ăn chăn ni. Ngồi ra, nó là tiền chất đơn phân
của PLA. LA có thể thu được bằng cách lên men carbohydrate hoặc tổng hợp hóa
học thơng thường. Còn được gọi là 'acid sữa', LA là hydroxyl acid đơn giản nhất với
nguyên tử carbon không đối xứng và hai đồng phân quang học, cụ thể là các đồng
phân L và D có thể được tạo ra bởi các vi khuẩn, trong khi các sinh vật có vú chỉ tạo

ra đồng phân L, dễ bị đồng hóa trong quá trình trao đổi chất. LA chủ yếu được điều
chế với số lượng lớn (khoảng 200 kT mỗi năm) bởi quá trình lên men vi khuẩn của
carbohydrate [35].

D (-) – lactic acid L (+) – lactic acid (R) – lactic acid (S) –
lactic acid
Hình 2.4. Hai dạng đồng phân của LA [36].
LA được phát hiện có trong sữa chua bởi Scheele vào năm 1780, người đầu tiên
coi lactic acid là một thành phần sữa. Năm 1789, Lavoisier đặt tên cho thành phần sữa
này là “acide lactique”- nguồn gốc của thuật ngữ hiện tại cho lactic acid. Tuy nhiên vào
năm 1857, Pasteur đã phát hiện ra lactic acid không phải là thành phần của sữa, mà là
chất chuyển hóa lên men được tạo ra bởi một số vi sinh vật. Nhờ sự khám phá của
Pasteur, Frémy nhà khoa học người Pháp đã sản xuất ra lactic acid bằng phương pháp
lên men và đã được ứng dụng sản xuất lactic acid công nghiệp đầu tiên ở Hoa Kỳ vào
năm 1881. Từ đó, nó có ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, dược
11