LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi đến Cô Th.S Nguyễn Thị Thu Thảo lời cám ơn chân thành và
lịng kính trọng sâu sắc nhất. Cơ đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho em thực hiện luận văn này, cô luôn quan tâm và động viên em trong những lúc
khó khăn. Em xin chân thành cám ơn cơ!!!
Em xin gửi lời cám ơn chân thành tới các anh chị tại phòng Vật Liệu Hữu
Cơ, Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng , Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam
TP.HCM đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tốt
nghiệp này.
Em xin gửi lời cám ơn các thầy cô ở khoa Khoa Học Ứng Dụng, trường Đại
Học Tôn Đức Thắng đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, truyền đạt những kiến thức
quý báu trong suốt thời gian em học tại trường.
Em xin cảm ơn thầy, cô phản biện đã dành thời gian quý báu quan tâm, xem
xét và góp ý cho đề tài luận văn của em được hoàn chỉnh hơn.
Con xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến ba mẹ đã luôn động
viên và giúp đỡ con trong suốt quá trình học tập và thực hiện tốt luận văn này.
Do kiến thức và thời gian thực hiện cịn hạn chế nên trong q trình thực
hiện cịn nhiều sai sót. Vì thế em rất mong sự đóng góp q báo của thầy cơ để em
hồn thiện hơn luận văn tốt nghiệp của mình.
Trân trọng cảm ơn.


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Danh mục các bảng
Danh mục các hình
Danh mục từ viết tắt
Mục lục
Chương 1: Lời mở đầu........................................................................................... 1
Chương 2: Tổng quan ............................................................................................ 2
2.1. Các khái niệm về polymer phân hủy sinh học .................................................. 2

2.1.1. Phân hủy sinh học.................................................................................. 2
2.1.2. Polymer phân hủy sinh học ................................................................... 2
2.2. Phân loại polymer phân hủy sinh học ............................................................... 2
2.2.1.Polyester được sản sinh bởi các vi sinh vật ............................................ 2
2.2.2. Polymer phân hủy sinh học tự nhiên ..................................................... 2
2.2.3. polymer phân hủy sinh học tổng hợp .................................................... 3
2.3. Mơi trường cho q trình phân hủy .................................................................. 5
2.3.1. Tự phân hủy trong môi trường bình thường.......................................... 5
2.3.2. Polymer thủy phân – phân hủy sinh học ............................................... 5
2.3.3. Polymer quang – phân hủy sinh học ..................................................... 6
2.4. Ứng dụng của polymer phân hủy sinh học ....................................................... 6


2.4.1. Trong y học ........................................................................................... 6
2.4.2. Trong nông nghiệp ................................................................................ 6
2.5. Nguyên liệu chế tạo màng ................................................................................. 7
2.5.1. Polyvinyl alcohol ................................................................................... 7
2.5.2. Tinh bột sắn ........................................................................................... 16
2.5.3. Glycerol ................................................................................................. 19
2.6. Các phương pháp và tiêu chuẩn thử nghiệm khả năng phân hủy sinh học ....... 20
2.6.1. Thử nghiệm sturm biến tính .................................................................. 21
2.6.2. Thử nghiệm trên đĩa petri ...................................................................... 21
2.6.3. Thử nghiệm trong chai kín .................................................................... 22
2.6.4. Thử nghiệm bằng buồng môi trường..................................................... 22
2.6.5. Thử nghiệm bằng phương pháp chôn mẫu dưới đất ............................. 23
2.7. Tình hình nghiên cứu polymer phân hủy sinh học trên thế giới và Việt Nam.. 24
2.7.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 24
2.7.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ......................................................... 26
Chương 3: Thực nghiệm ........................................................................................ 28
3.1. Thời gian và thời điểm thực hiện đề tài ............................................................ 28

3.2. Nguyên vật liệu và thiết bị thí nghiệm .............................................................. 28
3.2.1. Nguyên vật liệu ..................................................................................... 28
3.2.2. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 29
3.3. Mục đích thí nghiệm ......................................................................................... 29


3.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 30
3.4.1. Phương pháp tổng hợp mảng................................................................. 30
3.4.2. Phương pháp đánh giá khả năng phân hủy sinh học của
màng polymer ................................................................................................ 31
Chương 4: Kết quả và biện luận ........................................................................... 32
4.1. Đối với đất của Công Ty TNHH TriBat ........................................................... 32
4.2. Đất của nhà vườn Tân Kiểng ............................................................................ 34
4.3. Kết quả so sánh khả năng phân hủy sinh học của màng polymer trong hai loại
đất khác nhau ( đất của Công Ty TriBat và đất nhà vườn Tân Kiểng) .................... 38
Chương 5: Kết luận ................................................................................................ 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Tính chất của PVA ............................................................................................. 9
Bảng 2.2. Tiêu chuẩn chất lượng của tinh bột sắn ................................................... 18
Bảng 2.3. Tiêu chuẩn dùng cho thử nghiệm độ bền polymer ...................................... 22
Bảng 2.4. Chủng nấm và vi khẩn để thử nghiệm độ bền của chất dẻo ....................... 23
Bảng 2.5. Sơ đồ đánh giá tốc độ bằng quan sát theo ISO 846 cho độ bền nấm ...... 24
Bảng 4.1. Thành phần và tỷ lệ nguyên liệu tổng hợp màng polymer từ PVA và tinh
bột sắn ...................................................................................................................... 32
Bảng 4.2. Kết quả độ giảm khối lượng của màng polymer từ PVA và tinh bột sắn
sau thời gian chôn trong đất của Công Ty TriBat .................................................... 33

Bảng 4.3. Kết quả độ giảm khối lượng của màng polymer từ PVA và tinh bột sắn
sau thời gian chôn trong đất của nhà vườn Tân Kiểng ............................................ 36
Bảng 4.4. Kết quả độ giảm khối lượng của mẫu DS4 sau thời gian chôn trong đất
(đất của Công Ty TriBat và đất nhà vườn Tân Kiểng) ............................................ 38


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. PVA .......................................................................................................... 8
Hình 2.2. Tinh bột .................................................................................................... 16
Hình 2.3. Cấu trúc của amylose ............................................................................... 16
Hình 2.4. Cấu trúc của amylopectin ......................................................................... 17
Hình 3.1. Đất sạch TriBat ........................................................................................ 28
Hình 3.2. Đất nhà vườn Tân Kiểng .......................................................................... 29
Hình 3.3. Quy trình tổng hợp màng polymer phân hủy sinh học
từ PVA và tinh bột sắn ............................................................................ 30
Hình 4.1. Các mẫu DS1, DS2, DS3, DS4 ngày đầu tiên chôn trong đất ................. 32
Hình 4.2. Các mẫu DS1, DS2, DS3, DS4 sau 30 ngày chơn trong đất .................... 33
Hình 4.3. Đồ thị độ giảm khối lượng của màng polymer
phân hủy sinh học theo thời gian (đất của Công Ty TriBat).................... 34
Hình 4.4. Các mẫu DS2, DS3, DS4 ngày đầu tiên chơn trong đất .......................... 35
Hình 4.5. Các mẫu DS2, DS3, DS4 sau 30 ngày chơn trong đất ............................. 35
Hình 4.6. Đồ thị độ giảm khối lượng của màng polymer
phân hủy sinh học theo thời gian (đất nhà vườn Tân Kiểng)................... 36
Hình 4.7. Cơ chế phân hủy PVA bởi PVADH......................................................... 37
Hình 4.8. Hình SEM của màng polymer sau khi phân hủy
(a. Hình SEM mẫu DS4 ngày đầu tiên chơn trong đất,
b. Hình SEM mẫu DS4 sau 10 ngày chơn trong đất) ............................... 38
Hình 4.9. Đồ thị độ giảm khối lượng của màng polymer phân hủy sinh học
theo thời gian (đất của Công Ty TriBat và đất nhà vườn Tân Kiểng) ..... 39



DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASTM

American Standard Testing Method

AAC

Polyester mạch thẳng – mạch vòng thơm

OECD

Organization for Economic Cooperation and development

PBS

Polybutylene succinate

PBAT

Polybutylene adipate - terephtalate

PBSA

Polybutylenephtalate

PCL

Polycaprolactone


PE

Polyethylene

PET

Polyethylenephtalate

PG

Polyglycolic

PHB

Polyhydroxybutyrate

PLA

Polylactic acid

PTMAT

Polytetramethylene adipate terephtalate

PVADH

Polyvinyl alcohol dehydrogenase

PVA


Polyvinyl alcohol

PVC

Polyvinyl chloride

SEM

Scanning Electron Microscope

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

EVOH

Ethylene vinylalcohol


Chương 1: LỜI MỞ ĐẦU


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

Vật liệu polymer truyền thống (PE, PVC…) với sự phong phú về chủng loại
và đa dạng về tính chất đã có mặt khắp mọi lĩnh vực của cuộc sống. Tuy nhiên, các

loại sản phẩm này đã trở thành một thách thức với con người và mơi trường sinh
thái vì bản chất chúng rất bền, rất khó phân hủy, phải mất hàng trăm năm, thậm chí
hàng triệu năm chúng mới có thể phân hủy được. Chỉ có tác động cơ học hay nhiệt
mới có thể phân hủy được chúng nhưng lại tạo ra các chất động hại cho môi trường
và giá thành để xử lý vượt qua cả giá thành sản xuất ra chúng.
Trong thời gian gần đây, tại một số quốc gia Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc
và Mỹ, việc nghiên cứu và sử dụng polymer phân hủy sinh học phát triển rất mạnh
mẽ.
Tại Việt Nam, nhận thức được tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường,
vấn đề nghiên cứu và sử dụng polymer phân hủy sinh học đã được tiến hành và thu
được một số kết quả ban đầu. Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về hướng này,
trong đó nhóm tác giả Hồ Sơn Lâm, Nguyễn Thị Thu Thảo và các cộng sự đã bước
đầu tổng hợp và khảo sát tính chất của màng polymer đi từ PVA và tinh bột sắn
như: tính chất cơ học, cấu trúc, độ bền nhiệt… Tuy nhiên, việc đánh giá khả năng
phân hủy sinh học vẫn chưa được chú trọng.
Trong luận văn này, chúng tôi đi sâu vào việc khảo sát khả năng phân hủy của
màng polymer tự hủy bằng phương pháp chôn ủ trong môi trường đất.

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

1


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo


 

2.1. Các khái niệm về Polymer phân hủy sinh học [2]
2.1.1. Phân hủy sinh học
Phân hủy sinh học là phản ứng do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do
hoạt động của enzyme dẫn đến thay đổi lớn về cấu trúc hóa học của vật liệu. Về cơ
bản, polymer phân hủy sinh học cần phân hủy rõ ràng trong một thời gian ấn định
thành những phân tử đơn giản có trong mơi trường như CO2 và nước.
Hội tiêu chuẩn thử nghiệm và vật liệu Mỹ (ASTM) định nghĩa phân hủy sinh
học là khả năng xảy ra phân hủy thành CO2, khí metan, nước, các hợp chất vơ 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 điều kiện
phân hủy.
2.1.2. Polymer phân hủy sinh học
Polymer phân hủy sinh học là loại vật liệu mà quá trình phân hủy nó do vi
khuẩn đảm nhiệm, khơng địi hỏi năng lượng, không tạo ra các chất độc hại cho môi
trường mà vẫn đảm bảo các tính năng của polymer truyền thống.
Sự phân hủy sinh học là một quá trình tự nhiên mà 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 trị trung
tâm trong quá trình phân hủy.
2.2. Phân loại Polymer phân hủy sinh học [2], [15]
2.2.1. Polyester được sản sinh bởi các vi sinh vật
Các loại polymer này ở dạng nguyên thủy nhận được bởi các chủng vi sinh vật
chuyển hóa các sản phẩm thiên nhiên như: tinh bột, chất béo và tự phân hủy hồn
tồn trong đất, nước sơng, suối hay trong biển.
2.2.2. Polymer phân hủy sinh học tự nhiên
Polymer phân hủy sinh học tự nhiên là những polymer được tạo ra trong tự
nhiên trong các chu kỳ sinh trưởng của cơ thể sống. Việc tổng hợp chúng bao gồm
các phản ứng trùng hợp phát triển mạch 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.

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

Các polymer phân hủy sinh học:
 Polysaccharide: tinh bột và cellulose.
 Chitin và chitosan.
 Alginate.
 Gelatin.
2.2.3. Polymer phân hủy sinh học tổng hợp
 Polyester
Hầu như chỉ có polyester là hợp chất cao phân tử có khả năng phân hủy sinh
học. Nguyên nhân là mạch chính của chúng có khả năng thủy phân mạnh.
Trong hệ polyester, các polymer có nhiều ứng dụng nhất.
Lactide và glycolide copolymer:
O
O

Xúc tác


O

O

H2
C

C

O
H2
C

O

C

o

TC

O

n
O

Polyglycolic PG

Glycolic


O
H3C

O

Xúc tác

O

ToC

O
CH3

O

H
C

C

O
O

CH3

H
C

C


CH3

n

O

Lactic

Polylactic PLA

Copolymer này được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất thuốc cho người
và gia súc. Nó cịn dùng để sản xuất chỉ khâu tự nhiên, các vật liệu trong chỉnh hình
và ghép xương, cho việc tạo ra các steroid, các chất chống ung thư, tạo ra peptide và
protein, các loại kháng sinh, vaccine, chất gây tê...
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

Polycaprolactone, polyhydroxybutyrate và các polymer của các
hydroxyl acid.
O
O

O

Xúc tác
O
o

TC

CH2

5

C

n
Polye.Caprolactone

e.Caprolactone

Loại này được tổng hợp theo con đường chất dẻo tổng hợp nhưng có thể bị
phân hủy bởi vi khuẩn của môi trường.
 Poly (ester amide) và các dạng tương tự như poly (3-hydroxybutyrate
-PHB) polycarbonate, polyester urethane, polyesteruea
Poly phosphate ester

 
 

 
 


SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

Poly ortho ester:

 

 Các polyester phân hủy sinh học có trên thị trường:
Polylactic acid – PLA.
Polybutylene Succinate – PBS.
Polyester mạch thẳng - mạch vòng thơm – AAC.
Polybutylene adipate - terephtalate – PBAT.
Polyhydroxyvalerate – PHB.
Polycaprolactone – PCL.
Polybutyleneterephtalate – PBSA.
Polyethyleneterephtalate – PET.
Polyetramethylene adipate - terephtalate – PTMAT.
2.3. Mơi trường cho q trình phân hủy
2.3.1. Tự phân hủy trong mơi trường bình thường
Loại phân hủy này thường xảy ra với những vật liệu dùng một lần. Các
polymer làm nên vật liệu này được khống chế thời gian tồn tại của nó trong vịng

vài ngày đến vài tháng. Khi hết thời hạn đó, sẽ xuất hiện các vết nứt gãy cấu trúc,
đồng thời với quá trình đó là hiện tượng xâm thực của khơng khí và sự tấn công của
vi sinh vật trong môi trường không khí.
ASTM định nghĩa nhựa chơn ủ như sau : “Đó là nhựa có khả năng xảy ra phân
hủy sinh học ở mơi trường ủ như một phần của chương trình sẵn có, rằng nhựa sau
đó khơng thể phân biệt bằng mắt trần được nữa, phân hủy thành CO2, nước, hợp
chất vô cơ và sinh khối với tốc độ phù hợp với vật liệu ủ”.
2.3.2. Polymer thủy phân – phân hủy sinh học
Polymer thủy phân – phân hủy sinh học là những polymer có khả năng tan
trong nước ở giai đoạn đầu, sau đó mới xảy ra hiện tượng phân hủy sinh học.
Những loại polymer này khi tổng hợp, có những nhóm chức một đầu gắn với mạch,
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

còn một đầu “ái nước” nên dễ bị trương phồng, làm đứt mạch hoặc thay đổi hóa, lý
tính, làm cho vi sinh vật dễ tấn công để phân hủy.
2.3.3. Polymer quang – phân hủy sinh học
Polymer quang – phân hủy sinh học là loại polymer trong mạch có một cấu tử
hoặc một nhóm cấu tử có khả năng hấp thụ ánh sáng. Khi ánh sáng truyền qua
nhóm cấu tử này, mạch polymer bị bẻ gãy, tạo tiền đề cho phân hủy sinh học.
2.4. Ứng dụng của polymer phân hủy sinh học
2.4.1. Trong y học

Chất dẻo phân hủy sinh học được ứng dụng làm vật liệu cấy trong phẫu thuật
chỉnh hình và mạch máu, chỉ khâu phẫu thuật, ứng dụng trong chữa mắt…
Thay thế tế bào bị bệnh hoặc không hoạt động được nữa, ví dụ như thay khớp,
van tim nhân tạo, cấy lại răng, kính áp trịng.
Làm vật tựa cho tế bào phải chữa trị, bao gồm cả chỉ khâu, bản xương gãy,
dây chằng, gân…
Thay thế toàn bộ hoặc từng phần chức năng của các cơ quan, như thẩm tách
máu (thay chức năng của thận), thở oxy (phổi), tâm thất hoặc trợ tim toàn phần
(tim), phân phối insulin (tuyến tụy)…
Phân phối thuốc cho cơ thể hoặc đến những nơi tế bào bị bệnh (như tế bào ung
thư) hoặc duy trì tốc đơ phân phối (insulin, pilocarpin, thuốc tránh thai…).
2.4.2. Trong nông nghiệp
Polymer phân hủy sinh học được sử dụng để sản xuất các mẫu phủ cho đất,
bầu ươm cây… Sự phân hủy hồn tồn cũng được chú ý nhiều vì chúng có thể kết
hợp với các polymer khác để chuyển thành những vật liệu có ích và làm giàu chất
dinh dưỡng cho đất.
 Màng phủ đất: Là màng chất dẻo giúp cây phát triển và sau đó phân hủy
quang trên cánh đồng mà không cần phải gom nhặt sau vụ thu hoạch. Cần sử
dụng màng chất dẻo vì nó giữ ẩm, giảm lượng hạt giống phải gieo, giữ nhiệt
độ cho đất, cải thiện tốc độ phát triển cây trồng.
 Kiểm soát nhả chậm hóa chất trong nơng nghiệp: Là một phương pháp trong
đó hóa chất hoạt tính sinh học được giải phóng đến nơi cần thiết với một tốc
độ nhất định, trong một thời gian ấn định. Polymer trước hết đóng vai trò
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

6


Luận văn tốt nghiệp


GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

kiểm soát tốc độ tải, độ linh động và thời gian hữu hiệu của hóa chất. Lợi thế
cơ bản của kiểm sốt nhả chậm là phải dùng ít hóa chất hơn trong một đơn vị
thời gian, giảm ảnh hưởng tới những nơi khơng cần dùng hóa chất và cũng
giảm thiểu sự tổn hao, sự bay hơi và sự phân hủy. Bản chất đại phân tử của
polymer là chìa khóa hạn chế tổn hao hóa chất.
 Bầu ươm cây: Một ứng dụng nhỏ của polymer phân hủy sinh học là dùng
polycaprolactone làm bầu ươm cây. Đây là một ứng dụng không lớn lắm
nhưng đầy triển vọng vì rằng đây là một trong nhiều trường hợp sử dụng
polymer trong một thời gian nhất định. Trong vòng 6 tháng dưới đất,
polycaprolactone phân hủy đáng kể, tổn thất khối lượng lên đến 48%, sau 1
năm tổn thất đó lên đến 95%.
 Bao bì: Polymer phân hủy sinh học còn được sử dụng để tạo nên các sản
phẩm dùng để bao gói, hoặc dùng để chứa đựng thân thiện với môi trường.
Yêu cầu trong chế tạo bao gói phân hủy sinh học là kết hợp polymer phân
hủy thực sự hồn tồn với mẫu hoặc blend có tính chất tốt như mẫu polymer
tổng hợp.
2.5. Nguyên liệu chế tạo màng [2], [5], [6], [8]
2.5.1. Polyvinyl alcohol (PVA)
 Công thức phân tử : (C2H4O)n
 Công thức cấu tạo:

 

 Cấu trúc lập thể:

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ


7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

Hình 2.1. PVA
Polyvinyl alcohol được viết tắt là PVA, ngồi ra cịn có một số tên gọi khác
như: PVOH, Homolymer, Polyviol, Alvyl Alkotex, Viol, Covol, Gelvatol, Lemol…
PVA là một trong những polymer có khối lượng phân tử khá cao. Nó là chất
rắn khơ, ở dạng hạt hoặc bột.
2.5.1.1. Tính chất vật lý
PVA có khả năng tan trong nước, dễ tạo mẫu, chịu dầu mỡ và dung môi, độ
bền kéo cao, chất lượng kết dính tuyệt vời và khả năng hoạt động như một tác nhân
phân tán - ổn định.
 Khối lượng riêng
Khối lượng riêng của PVA được xác định bằng phương pháp tuyển nổi. Nó
thay đổi tùy theo độ trùng hợp (average degree of polymerization – DP) và nhiệt độ
của quá trình xử lý nhiệt.
 Nhiệt độ nóng chảy
Việc xác định trực tiếp nhiệt độ nóng chảy của PVA rất khó, thường được xác
định gián tiếp vì nó bị phân hủy ở nhiệt độ nóng chảy. Giá trị này khơng có tính
chất tuyệt đối vì nhiệt độ nóng chảy của polymer khơng là một điểm. Bên cạnh đó,
nhiệt độ nóng chảy của PVA còn phụ thuộc vào lượng nước bị hấp phụ trong phân
tử polymer.
 Nhiệt độ chuyển thủy tinh

Tương tự nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển thủy tinh của PVA cũng thay
đổi theo lượng nước bị giữ trong polymer. Do vậy, cùng một khối lượng phân tử
nhưng nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg có thể khơng giống nhau. Nhiều nghiên cứu cho
thấy nhiệt chuyển thủy tinh của PVA chia làm hai nhóm: một nhóm có nhiệt chuyển
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

thủy tinh khoảng 80oC, được dùng trong các ứng dụng khác. Nhóm cịn lại có nhiệt
chuyển thủy tinh trên 80oC dùng trong sản xuất xơ sợi.
Bảng 2.1. Tính chất của PVA.
Tính chất

Giá trị

Trạng thái

Hạt trắng đến ngà

Tỉ trọng

1,27 – 1,31


Độ bền kéo, khơ, chưa hóa dẻo,psi

Dưới 22000

Độ giãn dài, mẫu đã dẻo hóa, %

Dưới 600

Độ cứng, đã dẻo hóa, Shore

10 – 100

Hệ số giãn nở nhiệt, 1/K

7.10-5 – 1,2.10-5

Nhiệt dung riêng

85

Độ bền nhiệt, trên 100oC

Làm thẫm màu chậm

Trên 150oC

Làm thẫm màu nhanh

Trên 200oC


Phân hủy

Chỉ số chiết quang, nD (20oC)

1,55

Độ kết tinh

0 – 0,54

Độ bền bảo quản (một vài năm)

Không gây hỏng

Khả năng cháy

Cháy giống như giấy

Khả năng bền ánh sáng

Tuyệt vời

Khối lượng phân tử

26300 – 30000

Ảnh hưởng của acid mạnh

Hòa tan hoặc phân hủy


Ảnh hưởng của kiềm mạnh

Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của acid yếu

Chảy mềm hoặc hòa tan

Ảnh hưởng của kiềm yếu

Chảy mềm hoặc hịa tan

Ảnh hưởng của dung mơi hữu cơ

Không ảnh hưởng

(Nguồn theo Nguyễn Văn Khôi, 2007; John Wiley & Sons, 2005).
 Độ chịu nhiệt
Khi đun nóng, PVA sẽ mềm ra nhưng khơng nóng chảy ở điều kiện thường.
Đến 140oC thì chưa bị thay đổi nhưng đun lâu đến 160oC thì có màu tối nhạt và dần
dần mất tính tan trong nước. Phản ứng xảy ra kèm theo phân hủy nước, khi có acid
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo


 

hay kiềm thì quá trình khử nước tăng lên. Mức độ khử nước tăng thì độ cứng và độ
dịn của polymer tăng.
Eter hóa nội phân tử:

Eter hóa giữa các phân tử (nối mạch):

 Khả năng dẻo hóa
Theo nguyên tắc, muốn làm chất dẻo phải dùng PVA đã hóa dẻo. Trong kỹ
thuật dùng hai nhóm chất hóa dẻo trực tiếp và gián tiếp.
- Loại trực tiếp gồm các chất hòa tan PVA: nước, H3PO4.
- Loại gián tiếp gồm các chất làm trương PVA ở nhiệt độ thấp và có
khả năng hịa tan khi đun nóng: glycol, glicerin, diethylene glycol…
Đối với PVA, dung mơi tốt nhất là nước nhưng vì độ bay hơi cao nên làm chất
hóa dẻo khơng tốt lắm. PVA do bản thân có độ hút ẩm cao nên ln chứa một lượng
nước lớn (đến 5%). Nước này hóa dẻo một phần PVA và làm giảm nhiệt độ thủy
tinh hóa của polymer, đồng thời làm PVA dễ trộn hơn với nhiều chất hóa dẻo.
Trong cơng nghiệp, phổ biến nhất là dùng H3PO4, ethylene glycol, butylene glycol
và glycerin làm chất hóa dẻo.
 Độ hịa tan
PVA chứa nhóm acetate dưới 5% thì khơng tan trong nước lạnh nhưng dễ tan
ở 65 – 70oC. Nếu chứa trên 5% thì tan tốt trong nước. Cịn chứa 20% thì PVA hồn
tồn khơng tan trong nước (khi đun nóng đến 35 – 40oC rồi làm lạnh thì polymer
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

10


Luận văn tốt nghiệp


GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

này lắng xuống). Nếu chứa 50% thì PVA mất khả năng tan trong nước lạnh và nước
nóng nhưng tan trong CH3OH. Nếu để n thì dung dịch polymer đậm đặc bị
gelatin hóa nhưng khi đun đến 75oC thì tan trở lại. Những dung mơi của PVA khi
đun nóng như: nước, glycol béo, glycerin, dimethyl formamide, mono ethanol amin,
ure, dimethyl sulforxide.
Dung dịch PVA có tính tạo màng cao. Màng thu được sau khi bốc hơi nước
trong suốt và khơng màu, có độ bền uốn, chịu cọ xát cao và khơng thấm khí cao (H2,
O2, N2, khơng khí và các khí khác).
Ưu điểm đặc biệt của PVA là chịu được các loại dầu, chất béo, carbua hydro
và phần lớn các dung môi hữu cơ. Dung dịch nước PVA khơng hoặc rất ít chịu tác
dụng của vi khuẩn, vì thế mà khi bảo quản lâu vẫn không thay đổi. PVA giống tinh
bột ở chỗ khi tác dụng với iot thì có màu xanh.
 Tính chất keo dán
Một trong những 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 mẫu 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. Tương tự các thuộc tính keo dán của PVA là các tính chất
kết dính của nó.
 Khả năng tạo mẫu
Dung dịch PVA có tính tạo mẫu rất cao. Mẫu thu được sau khi bốc hơi nước
thì trong suốt, có độ bền uốn, chịu cọ xát và khơng thấm khí cao (H2, O2, N2, khơng
khí và các khí khác).
 Khả năng chịu dầu và dung môi
PVA chịu được rất tốt các loại dầu, chất béo, carbua hydro và phần lớn các

dung môi hữu cơ. Dung dịch nước PVA khơng hoặc rất ít chịu tác dụng của vi
khuẩn nên bảo quản được trong thời gian lâu mà vẫn không thay đổi.
 Khả năng chống thấm khí
PVA có khả năng chống thấm khí. Các nghiên cứu đối với mẫu PVA thủy
phân hoàn toàn, loại độ nhớt thấp ở 25oC, ẩm độ tương đối 0% không thể hiện sự

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

truyền oxy và nitơ. Dưới các điều kiện tương tự, tốc độ truyền khí cacbon dioxide là
0,02g/m2/24h.
2.5.1.2. Tính chất hóa học
PVA là một polymer chứa nhiều nhóm OH nên có tính chất của một rượu đa
chức. Nó có thể tham gia các phản ứng sau:
 Phản ứng acetate hóa: thực chất là phản ứng cộng hợp ái nhân giữa
một aldehyde và một rượu đa chức.

 Phản ứng ester hóa: tác dụng dễ dàng với các acid vô cơ lẫn hữu cơ.

 
 


 
 

 
 
 
 

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

 Phản ứng eter hóa: tác dụng với các ethylene oxide tạo những sản
phẩm còn dễ tan trong nước hơn PVA.

 Phản ứng tạo phức: dễ tạo phức với các hợp chất vô cơ, khả năng tạo
phức với acid boric được dùng trong phương pháp kéo sợi ướt đông tụ
trong kiềm.

 Phản ứng tạo mạch nhánh: được thực hiện khi PVA ở dạng lỏng hay
rắn và có mặt các chất sinh gốc tự do như peroxide, persulfate. Tính
chất này được ứng dụng sản xuất xơ PVA biến tính.
 Phản ứng phân hủy: PVA là một polymer kém bền nhiệt. Khi đun ở

200oC trong chân khơng thì phân hủy sinh ra nước, tới 400oC thì cho
ra các hydrocarbon thấp phân tử và một ít nhựa hóa.
Các chất oxi hóa mạnh: KMnO4, K2Cr2O7, O3, có khả năng gây phản ứng oxi
hóa cắt mạch cũng như oxi hóa ở đầu mạch PVA.
2.5.1.3. Điều chế
Khơng giống như hầu hết các polymer vinyl, PVA không được tạo ra từ sự
trùng hợp của monomer tương ứng mà được tổng hợp từ polyvinyl acetate. Phương
pháp cơ bản để điều chế PVA là thủy phân (xà phịng hóa) polyvinyl acetate nhờ
kiềm hay acid. Q trình xà phịng hóa xảy ra nhanh và êm dịu khi có thừa kiềm
trong dung dịch CH3OH và trong dioxane. Dùng HCl làm xúc tác thì thủy phân tốt
hơn, nhưng PVA khó rửa nên độ chịu nhiệt, độ hịa tan của PVA giảm. Cịn dùng
NaOH thì PVA dễ rửa hơn nên các tính chất ổn định hơn.
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

Khi HCl làm xúc tác thì độ nhớt giảm, có khi PVA khơng tan trong nước và
acid lỗng. Phản ứng xảy ra như sau:

Dung mơi thích hợp để trùng hợp dung dịch polyvinyl acetate là methanol hay
acetone. Nhưng methanol là phù hợp với q trình chuyển hóa từ polyvinyl acetate
thành polyvinyl alcol. Dung dịch polyvinyl acetate dưới tác dụng của xúc tác NaOH
sẽ tham gia phản ứng thủy phân.


Thường lượng nước có trong methanol dùng làm dung môi rất nhỏ. Nếu
methanol bị lẫn nước thì nước sẽ tham gia phản ứng thủy phân cạnh tranh với
methanol.

Acid acetic mới sinh ra phản ứng với NaOH:
Khi toàn bộ NaOH đã phản ứng hết, tác dụng xúc tác khơng cịn thì q trình
thủy phân bị ngưng.
SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

14


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

2.5.1.4. Ứng dụng
PVA thủy phân từng phần có khả năng trộn với nhựa fenol – ure và
methylamin – formandehyde. Nhựa hỗn hợp này có tính nhiệt rắn và khi đun nóng
chuyển sang trạng thái nóng chảy và khơng tan. Tính chịu béo và dầu của nhựa này
cao nên dùng làm màng phủ. Sản phẩm ngưng tụ của PVA và butyraldehyde
polyvinyl butyrate dùng sản xuất màng phủ bảo vệ cho dây dẫn kim loại, vải,
giấy… Nếu hóa dẻo màng keo bằng ester của acid ftalic và sebasic thì có được độ
đàn hồi, tính chịu lạnh (tới -60oC ). Phối hợp với nhựa melamine formaldehyde, keo
sẽ chịu nhiệt tốt hơn. Hay dùng trực tiếp dung dịch PVA để dán giấy, vải. Mối gián
bền với xăng dầu và một số dung môi hữu cơ, phổ biến nhất là làm keo dán những
hộp giấy, carton làm bao bì.

PVA được dùng làm chất kết dính trong sơn, giấy, trong thổ nhưỡng để chống
xói mịn. Với tính chất bám dính và làm dày nên được dùng trong kem cạo râu, mặt
nạ đắp mặt. Còn trộn với ximăng để cải thiện tính năng của nguyên liệu này. Đặc
biệt làm chất trung gian tạo ra polyvinyl butyrate dùng làm kính an tồn.
Từ PVA có thể chế tạo vật phẩm giống da và cao su, ống dẫn mềm dẻo bền
với dầu và benzene, sợi, màng để lót thùng đựng hàng trong đóng gói dầu và sơn…
PVA là loại xơ có ái lực với nước rất lớn trong số các xơ tổng hợp. Loại PVA
tan được trong nước được dùng để dệt những loại vải dùng làm vải nền cho các sản
phẩm thêu, đăng ten… hay vải dù cho các thủy lôi thả từ máy bay. Loại PVA được
xử lý không tan trong nước được dùng làm chỉ thêu, loại có cường lực lớn có thể
dùng làm lớp lót trong vỏ bánh xe cao su do khả năng liên kết với cao su khá lớn.
Ngồi ra, có thể dùng làm chất tráng phim, làm đặc, tăng cường độ dẻo, nhũ
hóa trong nước, phụ gia trong mực in, hồ vải sợi, khử trùng, thuốc trừ sâu…

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

15


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo

 

2.5.2. Tinh bột sắn [1], [2], [6]
2.5.2.1. Giới thiệu
Công thức phân tử : (C6H10O5)n.

Hình 2.2. Tinh bột

Tinh bột có rất nhiều trong tự nhiên, chúng có trong các loại hạt như : gạo,
ngô ... các loại củ quả như: khoai lang, khoai mì, chuối táo... Trong đó, gạo chứa
nhiều tinh bột nhất, khoảng 80% và củ mì chứa khoảng 70%, các loại khác thì chứa
ít hơn.
Tinh bột cấu thành từ hai cấu tử chính là amylose và amylopectin. Amylose
phần lớn là -D-(1,4)- glucan mạch thẳng, có khối lượng phân tử trong khoảng
40.000 đến 340.000 tương ứng với mạch chứa 250 – 2000 đơn vị monomer glucose.
Amylopectin phân tử rất lớn -D(1,4)-glucan có liên kết -D-(1,6) tại điểm nhánh.

Hình 2.3. Cấu trúc của amylose.

SVTH: Đinh Thị Mỹ Huệ

16