Báo cáo kết quả nghiên cứu khoa học đề tài chương trình KC – 02: Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng polyme phân hủy sinh học

Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng polyme phân hủy sinh học

Tác giả: TS. Phạm Thế Trinh và các cộng sự

Lĩnh vực: Khoa học Công nghiệp

Nội dung tài liệu:

Báo cáo kết quả nghiên cứu khoa học này tập trung vào đề tài “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng polyme phân hủy sinh học”. Nghiên cứu này xuất phát từ nhu cầu cấp thiết trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do rác thải nhựa gây ra. Báo cáo trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu vật liệu polyme phân hủy sinh học trên thế giới và tại Việt Nam, các khái niệm cơ bản về polyme phân hủy, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy. Đặc biệt, báo cáo đi sâu vào các phương pháp nghiên cứu, chế tạo các loại vật liệu polyme phân hủy sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như tinh bột, xenluloza, chitin/chitosan, protein. Báo cáo cũng đề cập đến các hướng nghiên cứu chính, kết quả khảo sát, thảo luận về khả năng phân hủy của vật liệu và các ứng dụng thực tế trong nông nghiệp, lâm nghiệp, y tế và các ngành công nghiệp khác.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu
• Chương I: Tổng quan
• 1.1. Nghiên cứu vật liệu polyme phân hủy sinh học
• 1.1.1. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu polyme phân hủy sinh học
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
• 1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.1.4. Giới thiệu chung về polyme phân hủy
• 1.1.4.1. Khái niệm về polyme tự phân hủy
• 1.1.4.2. Khái quát các quá trình phân hủy polyme
• 1.1.4.3. Các hướng nghiên cứu chính tổng hợp polyme tự hủy
• 1.1.5. Polyme tự nhiên phân hủy sinh học
• 1.1.5.1. Polysacarit
• 1.1.5.2. Xenluloza
• 1.1.5.3. Chitin/chitosan
• 1.1.5.4. Polypeptit có nguồn gốc tự nhiên
• 1.1.6. Polyme tổng hợp phân hủy sinh học
• 1.1.6.1. polyeste
• 1.1.6.2. Polycaprolacton
• 1.1.6.3. Polyuretan
• 1.1.6.4. Polyamit
• 1.1.6.5. Polyanhydrit
• 1.1.6.6. Polyvinylancol
• 1.1.7. Ứng dụng của polyme phân hủy sinh học
• 1.1.7.1. Ứng dụng trong nông nghiệp, lâm nghiệp
• 1.1.7.2. Bao bì, túi đựng
• 1.1.7.3. Ứng dụng trong y học
• 1.2. Vật liệu tổ hợp trên cơ sở polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) với tinh bột
• 1.2.1. Tinh bột
• 1.2.1.1. Tính chất vật lý
• 1.2.1.2. Tính chất hoá học
• 1.2.2. Giới thiệu về polyetylene (PE)
• 1.2.2.1. Cấu tạo của PE
• 1.2.2.2. Tính chất của PE.
• 1.2.2.3. Ứng dụng của PE…
• 1.2.3. Vật liệu tổ hợp polyme blend giữa LDPE và tinh bột
• 1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.2.3.2. Vai trò của chất trợ phân tán (CTPT) trong quá trình đùn, trộn tạo vật liệu ..
• 1.2.4. Sự tương hợp trong hệ polyme blend LDPE/tinh bột
• 1.2.4.1. Sự tương hợp của các polyme
• 1.2.4.2. Hình thái học trong polyme blend
• 1.2.4.3. Vai trò của chất trợ tương hợp (CTTH) trong công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp polyme – blend LDPE/tinh bột
• 1.3. Biến tính hoá học của mạch polyetylen (PE) bằng phương pháp ghép maleic anhydrit (MA)
• 1.3.1. Một số tác nhân sử dụng để biến tính PE
• 1.3.1.1. Hoạt hoá PE bằng maleic anhydrit (MA).
• 1.3.1.2. Biến tính PE bằng este maleic
• 1.3.1.3. Biến tính PE bằng metacrylat
• 1.3.1.4. Biến tính PE bằng styren
• 1.3.1.5. Sử dụng hợp chất vinyl silan để biến tính PE
• 1.3.1.6. Sử dụng hợp chất chứa nhóm Si – H biến tính PE
• 1.3.2. Phản ứng copolyme ghép
• 1.3.2.1. Phản ứng copolyme ghép của tinh bột vào PE đã được biến tính với MA….
• 1.3.2.2. Cơ chế của phản ứng copolyme ghép của tinh bột với PE-MA
• 1.3.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng
• 1.4. Các phương pháp xác định sự phân huỷ của vật liệu polyme trong môi trường..
• 1.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng
• 1.4.2. Các phương pháp thử nghiệm xác định sự phân huỷ polyme
• 1.4.2.1. Phương pháp “buồng môi trường”
• 1.4.2.2. Phương pháp dùng đĩa Petri – xác định định lượng sự phát triển của vi sinh vật..
• 1.4.2.3. Xác định sự tổn hao khối lượng của polyme trong các môi trường theo thời gian..
• 1.4.2.4. Xác định độ ổn định của vật liệu
• 1.4.2.5. Phân tích cấu trúc bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)…
• 1.4.2.6. Xác định sự thay đổi tính chất bền cơ
• 1.4.2.7. Xác định hoạt tính chuyển hoá của vi sinh vật
• Chương 2: Thực nghiệm – Phương pháp nghiên cứu
• 2.1. Thiết bị và hoá chất .
• 2.1.1. Thiết bị sử dụng
• 2.1.2. Nguyên liệu và hoá chất
• 2.2. Các phương pháp xác định tính chất của vật liệu
• 2.2.1. Xác định độ bền cơ của vật liệu
• 2.2.1.1. Phương pháp đo độ bền kéo đứt
• 2.2.1.2. Phương pháp đo độ bền nén của chất dẻo
• 2.2.1.3. Phương pháp đo độ bền uốn của chất dẻo
• 2.2.1.4. Phương pháp xác định độ bền va đập
• 2.2.2. Phương pháp đo độ hấp thụ nước của vật liệu
• 2.2.3. Phương pháp xác định độ tổn hao khối lượng của màng PE – tinh bột
• 2.2.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR- Infrared Raditation)
• 2.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning Electron Microscope)
• 2.2.6. Phương pháp phân tích nhiệt TGA (Thermal Gravimetric Analysis)
• 2.2.7. Phương pháp nhiệt vi sai DTA (Differential Thermal Analysis)
• 2.3. Phương pháp chế tạo vật liệu polyme phân hủy sinh học trên cơ sở nhựa LDPE với tinh bột, có sự tham gia của etylen – acrylic axit (EAA) và polycaprolacton (PCL) và chất trợ tương hợp (sản phẩm A)
• 2.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất
• 2.3.2. Quy trình chế tạo polyme blend
• 2.3.2.1. Quy trình tổng hợp
• 2.3.2.2. Quy trình thực nghiệm chế tạo hỗn hợp polyme
• 2.3.3. Phương pháp chế tạo mẫu
• 2.4. Phương pháp chế tạo mẫu vật liệu polyme blend trên cơ sở nhựa LDPE với tinh bột biến tính với polyvinylancol (PVA) (sản phẩm C) và với acetat xenluloza (sản phẩm D) .
• 2.4.1. Chuẩn bị nguyên liệu hoá chất
• 2.4.2. Quy trình chế tạo polyme blend
• 2.4.2.1. Sơ đồ tổng hợp
• 2.4.2.2. Quy trình thực nghiệm chế tạo hỗn hợp polyme: LDPE-tinh bột–PVA (hoặc AC)…
• 2.5. Phương pháp chế tạo vật liệu polyme trên cơ sở ghép maleic anhydrit (MA) lên mạch PE và tổ hợp với tinh bột (sản phẩm B)
• 2.5.1. Chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất
• 2.5.2. Quá trình hoạt hoá mạch LDPE bằng MA, dùng peroxit làm chất khơi mào
• 2.5.3. Quy trình chế tạo polyme blend của PE.g-MA với tinh bột
• 2.5.3.1. Sơ đồ chế tạo vật liệu
• 2.5.3.2. Quy trình thực nghiệm chế tạo sản phẩm PEMT
• 2.6. Phương pháp chế tạo vật liệu polyme bằng cách ghép PE.g-MA với tinh bột biến tính với EAA và PCL (sản phẩm E).
• 2.6.1. Chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất
• 2.6.2. Quy trình chế tạo vật liệu polyme blend của LDPE.g-MA với tinh bột biến tính EAA, PCL có mặt chất trợ tương hợp
• 2.6.2.1. Sơ đồ tổng hợp chế tạo vật liệu
• 2.6.2.2. Quy trình thực nghiệm chế tạo sản phẩm PE.g-MA với TB biến tính EAA, PCL
• Chương 3: Kết quả và thảo luận
• 3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme tự phân huỷ
• 3.1.1. Polyme tự phân huỷ trên cơ sở polyme blend của polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) với tinh bột, có sự tham gia của etylen – acrylic axit (EAA); polycaprolacton (PCL) và chất trợ tương hợp (sản phẩm A).
• 3.1.1.1. Đặt vấn đề
• 3.1.1.2. Khảo sát tính chất của LDPE ban đầu
• 3.1.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LDPE/TB đến tính chất của vật liệu
• 3.1.1.4. Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ chất trợ phân tán
• 3.1.1.5. Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp đến tính chất của vật liệu
• 3.1.1.6. Ảnh hưởng của hàm lượng EAA đến tính chất của vật liệu polyme blend ..
• 3.1.1.7. Ảnh hưởng của hàm lượng PCL đến tính chất của vật liệu polyme blend
• 3.1.1.8. Đề nghị đơn phối liệu chế tạo sản phẩm A
• 3.1.2. Polyme tự phân huỷ trên cơ sở polyme blend nhựa LDPE với tinh bột có sự tham gia của polyvinylancol (PVA) và chất trợ tương hợp (sản phẩm C)
• 3.1.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ PVA đến tính chất của vật liệu tổ hợp
• 3.1.2.2. Đơn phối liệu chế tạo sản phẩm C
• 3.1.3. Polyme tự phân huỷ trên cơ sở polyme blend của LDPE với tinh bột có sự tham gia của acetat xenluloza và chất trợ tương hợp (sản phẩm D)
• 3.1.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ acetat xenluloza (AC) đến tính chất cơ lý của vật liệu tổ hợp
• 3.1.3.2. Đơn phối liệu chế tạo sản phẩm D
• 3.1.4. Polyme tự phân huỷ trên cơ sở polyme blend của tinh bột sắn và LDPE đã hoạt hoá bằng maleic anhydrit (MA) (sản phẩm B)
• 3.1.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng maleic anhydrit (MA) đến tính chất sản phẩm..
• 3.1.4.2. Ảnh hưởng của MA tới các tính chất của vật liệu PEM ghép với tinh bột….
• 3.1.4.3. Ảnh hưởng của chất khơi mào đến quá trình hoạt hoá PE..
• 3.1.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột trong vật liệu polyetylen maleic anhydrit – tinh bột (PEMT)
• 3.1.5. Lựa chọn công nghệ chế tạo sản phẩm
• 3.1.5.1. Nhận xét chung
• 3.1.5.2. Lựa chọn phối liệu chế tạo sản phẩm
• 3.1.5.3. Thí nghiệm ổn định công nghệ
• 3.2. Nghiên cứu sự phân huỷ do môi trường của các mẫu sản phẩm
• 3.2.1. Độ ổn định của mẫu trong không khí tự nhiên
• 3.2.2. Sự tổn thất khối lượng mẫu trong các môi trường.
• 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường đến độ bền cơ lý của vật liệu
• 3.2.3.1. Độ bền kéo
• 3.2.3.2. Độ giãn dài
• 3.2.4. Nghiên cứu cấu trúc bề mặt mẫu sản phẩm bằng phương pháp chụp ảnh SEM
• 3.2.5. Tác dụng của vi sinh vật đất lên sự phân huỷ vật liệu polyetylen liên kết với tinh bột sắn
• 3.2.5.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.2.5.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.5.3. Kết quả
• Chương 4: Nghiên cứu triển khai ứng dụng thực tế
• 4.1. Ứng dụng màng polyme tự huỷ che phủ luống lạc tại Nông trường Thanh Hà – Hoà Bình
• 4.2. Ứng dụng màng polyme cho lạc vụ đông tại Thái Nguyên
• 4.3. Ứng dụng màng polyme tự huỷ phủ luống cam tại Nông trường Thanh Hà – Hoà Bình
• 4.4. Ứng dụng bầu ươm câu chè tại Thái Nguyên
• 4.5. Ứng dụng bầu ươm cây xoài tại Thanh Hà – Hoà Bình
• Chương 5: Chế tạo sản phẩm trên dây truyền bán công nghiệp (pilot)
• 5.1. Công nghệ chế tạo sản phẩm trên thiết bị pilot
• 5.1.1. Chế tạo nhựa hạt tự phân huỷ
• 5.1.1.1. Thiết bị
• 5.1.1.2. Sơ đồ công nghệ chế tạo nhựa hạt tự huỷ
• 5.1.1.3. Quy trình công nghệ chế tạo nhựa hạt
• 5.1.2. Chế tạo màng mỏng tự huỷ
• 5.1.2.1. Thiết bị