Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------------------------------- Hồ Thị Hoa Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng Polylactic acid Chuyên ngành: Mã số: Hóa Hữu cơ 60440114 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Công trình được hoàn thành tại: Phòng Polyme chức năng và vật liệu nano, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Hoàng Mai Hà, Viện Hóa học -Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Phản biện 1: PGS. TS. Ngô Trịnh Tùng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phản biện 2: TS. Nguyễn Minh Ngọc, Khoa hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận thạc sĩ họp tại: Giảng đường 4, Khoa Hóa học, số 19 – Lê Thánh Tông – Hà Nội vào 10 giờ 30 ngày 26 tháng 02 năm 2016 . MỞ ĐẦU Trong suốt thế kỷ qua, thế kỷ của thời đại đồ nhựa, vật liệu polyme đóng vai trò 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 polyme 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 poly-axit lactic (PLA), Polyhydroxylbutyrat (PHB) được xem là các ứng cử viên cho hướng phát triển này. Trong đó, so với các polyme sinh học khác, PLA có một số ưu điểm nổi trội sau: - Monome axit lactic được tạo ra bởi quá trình lên men các sản phẩm từ nông nghiệp nên có thể tái sinh. - Tác động tích cực đến chu trình CO2 do sử dụng thực vật làmnguyên liệu. - Tiết kiệm năng lượng. - Có thể tái sinh PLA thành axit lactic thông qua thủy phân. Chính vì những ưu điểm trên mà PLA được xem là sự lựa chọn hàng đầu trong các polyme sinh học có khả năng thay thế các loại polyme dầu mỏ. Tiếp bước những nghiên cứu về PLA, chúng tôi đã chế tạo thành công PLA tự phân hủy sinh học từ các nguồn phế liệu nông nghiệp như rơm rạ. Quy trình tổng hợp và cấu trúc, tính chất của PLA đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Vật liệu tổ hợp của PLA với polyethylene glycol, nano clay, nano bạc cũng được chế tạo và nghiên cứu hình thái, cấu trúc và các tính chất đặc trưng. Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng hợp PLA từ rơm rạ 1.1.1.Nguồn rơm rạ phế liệu ở Việt Nam Việt Nam là một nước nông nghiệp với tổng diện tích đất dành cho nông nghiệp chiếm tới 35%, và khoảng 70% dân số làm nông nghiệp [1]. Trong đó lúa gạo được xem là loại cây trồng và mùa vụ quan trọng nhất ở nước ta. Năng suất lúa gạo bình quân cũng tăng liên tục trong những năm qua từ 4.2 triệu tấn/ha vào năm 2000 lên 5.3 tấn/ha vào năm 2010. Năm 2014, theo số liệu ước tính năng suất có thể đạt mức cao nhất từ trước tới nay là 5.7 tấn/ha [2]. Từ năm 1990 đến nay, sản lượng lúa của Việt Nam liên tục tăng trưởng nhờ cải tiến các kỹ thuật canh tác, tăng năng suất cây trồng và một phần nhờ mở rộng diện tích canh tác hàng năm. 1 Rơm rạ là loại phế liệu chính trong quá trình sản xuất lúa gạo. Những kết quả cho thấy mỗi tấn lúa thu được sẽ cho tương ứng 1.0 – 1.3 tấn rơm rạ trên đồng ruộng tùy theo công nghệ thu hoạch và điều kiện xử lý, thu gom. Từ sản lượng lúa gạo thu được hàng năm ở trên, ta có thể tính được sản lượng rơm rạ sau thu hoạch tại nước ta nằm trong khoảng từ 40 – 50 triệu tấn [20]. Đây có thể được coi là nguồn sinh khối lớn nếu được thu gom và sử dụng một cách hợp lý. Ngày nay, khi ngành công nghiệp đang ngày càng phát triển, đời sống của người dân được nâng lên. Nguồn nguyên liệu dầu mỏ, khí đốt và than đá phát triển thì người nông dân không sử dụng rơm rạ vào những mục đích trên mà hầu hết bị đốt bỏ tại đồng ruộng, vừa đỡ công vận chuyển, vừa làm tăng chất màu cho đất. Tuy nhiên, việc đốt bỏ này gây lãng phí và làm ô nhiễm môi trường và gây hại trực tiếp tới sức khỏe của người dân. Theo các chuyên gia y tế, mù bụi tro đốt rơm rạ gây ra (đặc biệt vào tháng 6/2009 tại Hà Nội) gây ô nhiễm không khí, rất có hại đối với sức khỏe con người, nhất là đối với trẻ em, người già và người mắc bệnh đường hô hấp. 1.1.2. Axit lactic Axit lactic (acid 2-hydroxypropionic) hay còn gọi là axit sữa là axit tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật và vi sinh vật. Nó lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele vào năm 1780 ở trong sữa chua. Axit lactic khan tinh khiết là những hạt tinh thể rắn màu trắng có nhiệt độ nóng chảy thấp. Đối lập với các axit khác, axit lactic không bay hơi, không mùi, không màu và có vị axit trung bình. Hàm lượng carbon, hydrogen, và oxygen trong phân tử tương ứng là 40%, 6.71% và 53.29% [5]. Trong công thức cấu tạo phân tử của axit lactic có một carbon bất đối nên chúng có hai đồng phân quang học là axit D-lactic và axit L-lactic. Hai đồng phân quang học này có tính chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau khả năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, một sang phải và một sang trái. Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác nhau [7]. Công thức cấu tạo của hai đồng phân axit lactic: axit L(+)-lactic trái, axit D(-)-lactic phải 2 Axit L(+)-lactic được chuyển hóa hoàn toàn và nhanh chóng trong quá trình tổng hợp glycogen. Axit L-lactic ở dạng tinh thể, chúng có khả năng tan trong nước, tan trong cồn, tan trong ether, không tan trong CHCl3, nhiệt độ nóng chảy 28ºC [7]. Axit D(-)-lactic được chuyển hóa ít hơn và phần không chuyển hóa sẽ được bài tiết dưới dạng urein. Sự hiện diện của axit không được chuyển hóa trong ống tiêu hóa sẽ gây tình trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh. Axit D- lactic ở dạng tinh thể, tan trong nước, tan trong cồn, nhiệt độ nóng chảy 28ºC [7]. Hai dạng đồng phân quang học này có tính chất vật lý khác nhau. Các nhóm hydroxyl và carboxyl của axit lactic cho phép axit lactic có một khoảng rộng các phản ứng hóa học. Axit lactic có pKa khoảng 3.86 ở 25oC. Nó là một axit trung bình có thể phản ứng với các kim loại hoạt động để tạo khí hydro và muối kim loại. 1.1.3.Lactide Lactide (3,6- dimethyl 1,4- dioxane 2,5-dione) là một dime vòng với monome là axit lactic. Do có hai nguyên tử carbon bất đối xứng trong phân tử nên lactide tồn tại ở ba dạng khác nhau trong hình sau. D-lactide L-lactide Meso-lactide 1.1.4. Poly-axit lactic (PLA) Poly-axit lactic (PLA)/ polylactide là một loại polyme nhiệt dẻo bán tinh thể, giòn và rắn, có nhiệt độ thủy tinh hóa tương đối thấp (~600C) và có nhiệt độ nóng chảy 175 -180oC. PLA đang là đối tượng được quan tâm và phát triển nhiều nhất trên thế giới bởi dễ dàng được gia công trong các thiết bị gia công chất dẻo thông thường và cũng dễ dàng phân hủy sinh học, thích hợp để chế tạo bao bì, màng bọc thực phẩm, các sản phẩm sử dụng một lần. Tuy thời gian phát triển chưa lâu (khoảng trên 10 năm) nhưng chỉ riêng tại châu Ấu, tốc độ phát triển của các sản phẩm nhựa phân hủy sinh học đã tăng gấp 10 lần, cho thấy tiềm năng chiếm lĩnh thị trường rất lớn. Hình 1.6 là một số ứng dụng của poly-axit lactic đã được lưu hành trên thế giới. 3 ... - tailieumienphi.vn