Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polyvinyl ancol và polysaccarit tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHÊ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU -----oOo----- NGUYỄN THỊ THU THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL VÀ POLYSACCARIT TỰ NHIÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2013. 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU -----oOo----- NGUYỄN THỊ THU THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL VÀ POLYSACCARIT TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp Mã số: 62 44 50 10 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Hồ Sơn Lâm 2. TSKH. Hoàng Ngọc Anh LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2013. i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: – PGS.TS. Hồ Sơn Lâm và TSKH. Hoàng Ngọc Anh - người hướng dẫn khoa học; – PGS.TS. Nguyễn Phương Tùng, các cán bộ nghiên cứu phòng Vật liệu Hữu cơ, các cán bộ Phòng Quản lý Tổng hợp cùng toàn thể cán bộ Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng; – GS.TS. Nguyễn Quang Liêm, GS.TS. Đào Trần Cao, CV. Trịnh Xuân Trang và các cán bộ Phòng Kế toán - Viện Khoa học Vật liệu; – Người thân, bạn bè. đã giúp tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn. Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Thảo ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Hồ Sơn Lâm và TSKH. Hoàng Ngọc Anh. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình khác. Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Thảo iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 PHẦN I TỔNG QUAN I.1 I.2. Tổng quan về polyme phân hủy sinh học 5 5 I.1.1. Khái niệm về phân hủy sinh học 5 I.1.2. Môi trường cho quá trình PHSH 10 I.1.3. Tốc độ phân hủy 12 I.1.4. Tác nhân gây PHSH 13 I.1.5. Ứng dụng của polyme PHSH 14 Tổng quan về polyme blend 16 I.2.1. Khái niệm về polyme blend 16 I.2.2. Phân loại polyme blend 18 I.2.3. Các phương pháp xác định độ tương hợp của 18 polyme blend I.3. I.2.4. Các biện pháp tăng cường tương hợp polyme blend 21 I.2.5. Các phương pháp chế tạo polyme blend 22 Tổng quan về các nguyên liệu sử dụng để tổng hợp màng 23 polyme PHSH I.4. I.3.1. Polyvinyl ancol (PVA) 23 I.3.2. Polysaccarit 27 I.3.2.1. Tinh bột 27 I.3.2.2. Cacboxymetyl xenlulo (CMC) 30 I.3.2.3. Chitosan 31 Tình hình nghiên cứu polyme PHSH trên thế giới và ở Việt 34 Nam I.4.1. Tình hình nghiên cứu polyme PHSH trên thế giới 34 I.4.2. Tình hình nghiên cứu polyme PHSH ở Việt Nam 43 iv PHẦN II THỰC NGHIỆM 47 II.1. Nguyên liệu 47 II.2. Phương pháp tổng hợp màng polyme PHSH trên cơ sở PVA 47 và polysaccarit tự nhiên II.2.1. Phương pháp tổng hợp màng polyme PHSH trên cơ 49 sở PVA và tinh bột sắn II.2.2. Phương pháp tổng hợp màng polyme PHSH trên cơ 49 sở PVA và CMC II.2.3. Phương pháp tổng hợp màng polyme PHSH trên cơ 50 sở PVA và chitosan II.3 Các phương pháp phân tích cấu trúc, tính chất của màng 52 polyme PHSH II.3.1. Các phương pháp phân tích cấu trúc 52 II.3.2. Các phương pháp phân tích tính chất 55 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 Chương 1 58 KẾT QUẢ TỔNG HỢP MÀNG POLYME CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ POLYVINYL ANCOL VÀ POLYSACCARIT TỰ NHIÊN III.1.1. Kết quả tổng hợp màng polyme phân hủy sinh học trên cơ sở 59 polyvinyl ancol và tinh bột III.1.2. Kết quả tổng hợp màng polyme phân hủy sinh học trên cơ sở 82 polyvinyl ancol và cacboxymetyl xenlulo III.1.3. Kết quả tổng hợp màng polyme phân hủy sinh học trên cơ sở 96 polyvinyl ancol và chitosan Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HÓA DẺO 111 v VÀ CHẤT TẠO LIÊN KẾT NGANG LÊN TÍNH CHẤT CỦA MÀNG POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC III.2.1. Ảnh hưởng của chất hóa dẻo lên hiện tượng kết tinh lại của 111 màng polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polyvinyl ancol và tinh bột III.2.2. Ảnh hưởng của chất tạo liên kết ngang lên tính chất của màng 121 polyme phân hủy sinh học trên cơ sở PVA và tinh bột III.2.2.1. Ảnh hưởng của glyoxal lên tính chất cơ học của 123 màng polyme PHSH III.2.2.2. Ảnh hưởng của glyoxal lên độ hấp thụ nước của 126 màng polyme PHSH Chương 3 128 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG III.3.1. Quy trình tổng hợp polyme PHSH VINAPOL® 128 III.3.2. Khảo sát ứng dụng 130 III.3.2.1. Khảo sát ứng dụng của VINAPOL®-PL/AW dùng 130 bọc phân NPK III.3.2.2. Khảo sát ứng dụng của VINAPOL®-FfS dùng làm 134 bầu ươm cây III.3.2.3. Khảo sát ứng dụng của VINAPOL®-Ff Fdùng bọc 136 hoa quả KẾT LUẬN 142 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 147 PHỤ LỤC 157 vi DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Tính chất vật lý của PVA 23 Bảng 1.2 Tốc độ thấm khí của PVA 26 Bảng 1.3 Khả năng thấm hơi ẩm của màng PVA (loại thuỷ 26 phân hoàn toàn, độ nhớt trung bình) Bảng 1.4 Thương hiệu và công ty chuyên sản xuất biopolyme 38 nổi tiếng thế giới Bảng 1.5 Thành phần các loại polyme sinh học 42 Bảng 3.1.1 Thành phần và tỷ lệ nguyên liệu tổng hợp polyme 59 blend PVA/tinh bột Bảng 3.1.2 Kết quả phân tích phổ IR của PVA, tinh bột, glyxerol, 65 ure và các polyme blend PVA/tinh bột Bảng 3.1.3 Kết quả phân tích DSC của PVA, tinh bột sắn, mẫu 69 BS4 và BS5 Bảng 3.1.4 Kết quả phân tích TGA của PVA, tinh bột sắn và các 72 polyme blend PVA/tinh bột sắn Bảng 3.1.5 Kết quả đo độ trong suốt của màng PVA, tinh bột sắn 74 và các polyme blend PVA/tinh bột sắn Bảng 3.1.6 Kết quả độ bền kéo đứt và độ giãn dài của PVA và 76 các polyme blend PVA/tinh bột Bảng 3.1.7 Kết quả độ giảm khối lượng của các polyme blend 79 PVA/tinh bột sau thời gian chôn trong đất (Công ty Hiếu Giang) Bảng 3.1.8 Kết quả độ giảm khối lượng của mẫu BS5 sau thời 81 gian chôn trong đất (đất Công ty Hiếu Giang và đất Nhà vườn Tư Nhuận) Bảng 3.1.9 Thành phần và tỷ lệ nguyên liệu tổng hợp polyme 83 vii blend PVA/CMC Bảng 3.1.10 Kết quả phân tích phổ IR của PVA, CMC và các 87 polyme blend PVA/CMC Bảng 3.1.11 Kết quả phân tích DSC của PVA, CMC và mẫu CC2 89 Bảng 3.1.12 Kết quả phân tích TGA của PVA, CMC và các 91 polyme blend PVA/CMC Bảng 3.1.13 Kết quả độ bền kéo đứt và độ giãn dài của PVA, 92 CMC và các polyme blend và PVA/CMC Bảng 3.1.14 Kết quả độ giảm khối lượng của polyme blend 94 PVA/CMC sau thời gian chôn trong đất (Công ty Hiếu Giang) Bảng 3.1.15 Thành phần và tỷ lệ nguyên liệu tổng hợp polyme 96 blend PVA/chitosan Bảng 3.1.16 Kết quả phân tích phổ IR của PVA, chitosan và các 99 polyme blend PVA/chitosan Bảng 3.1.17 Kết quả phân tích DSC của PVA, chitosan và các 101 polyme blend PVA/chitosan Bảng 3.1.18 Kết quả phân tích TGA của PVA, chitosan và các 104 polyme blend PVA/chitosan Bảng 3.1.19 Kết quả độ bền kéo đứt và độ giãn dài của PVA và 106 các polyme blend PVA/chitosan Bảng 3.1.20 Kết quả độ giảm khối lượng của các polyme blend 108 PVA/chitosan sau thời gian chôn trong đất (đất Công ty Hiếu Giang) Bảng 3.2.1 Tỷ lệ ure và glyxerol trong thành phần nguyên liệu 115 tổng hợp màng polyme từ tinh bột Bảng 3.2.2 Tỷ lệ glyoxal trong thành phần nguyên liệu tổng hợp 123 polyme blend PVA/tinh bột Bảng 3.2.3 Kết quả ảnh hưởng của glyoxal lên độ bền kéo đứt và 124 viii độ giãn dài của polyme blend PVA/tinh bột Bảng 3.2.4 Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng glyoxal lên độ hấp 126 thụ nước của polyme blend PVA/tinh bột Bảng 3.3.1 Thành phần nguyên liệu của các loại VINAPOL® 129 Bảng 3.3.2 Tính chất của các loại VINAPOL® 130 Bảng 3.3.3 Chiều cao và bề dày thân cây ớt sau 20 ngày và 40 132 ngày nảy mầm (bọc phân NPK) Bảng 3.3.4 Chiều cao và bề dày thân cây ớt sau 20 ngày và 40 136 ngày nảy mầm (bầu ươm cây) Bảng 3.3.5 Kết quả chỉ tiêu chất lượng của quả cà chua 140 ix DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Các cơ chế phân hủy của polyme 11 Hình 1.2 Các lĩnh vực ứng dụng của vật liệu PHSH 15 Hình 1.3 Cấu trúc amylo 28 Hình 1.4 Cấu trúc amylopectin 28 Hình 1.5 Cấu trúc của chitin 31 Hình 1.6 Cấu trúc của chitosan 32 Hình 1.7 Đồ thị biểu diễn số lượng sáng chế về vật liệu PHSH 35 trên thếgiới Hình 1.8 Sự phát triển của vi khuẩn Penicillium sp. (a) và 36 Cephalosporium sp. (b) trên bề mặt màng phim sau 18 ngày phân hủy Hình1.9 Sự mất khối lượng (%) của màng phim khi có sự 37 tấn công của vi sinh vật Hình 1.10 Màng ENPOL 41 Hình 1.11 Sản phẩm khay nhựa phân hủy sinh học ENPOL 41 Hình 1.12 Độ giảm khối lượng của các loại nhựa sinh học sau thời 42 gian chôn trong đất Hình 1.13 Độ bền kéo đứt của các loại nhựa sinh học sau thời gian 42 chôn trong đất Hình 1.14 Mẫu polyme PHSH của Viện Khoa học Vật liệu Ứng 46 dụng Hình 2.1 Quy trình tổng hợp màng polyme PHSH trên cơ sở PVA 50 và tinh bột sắn Hình 2.2 Quy trình tổng hợp màng polyme PHSH trên cơ sở PVA 51 và chitosan Hình 2.3 Đường cong kéo giãn - lực tác động 56 x Hình 3.1.1 Phổ IR của PVA 60 Hình 3.1.2 Phổ IR của tinh bột 60 Hình 3.1.3 Phổ IR của glyxerol 61 Hình 3.1.4 Phổ IR của ure 61 Hình 3.1.5 Phổ IR của mẫu BS2 62 Hình 3.1.6 Phổ IR của mẫu BS3 62 Hình 3.1.7 Phổ IR của mẫu BS4 63 Hình 3.1.8 Phổ IR của mẫu BS5 63 Hình 3.1.9 Phổ IR của mẫu BS6 64 Hình 3.1.10 Liên kết hydro hình thành giữa PVA và tinh bột 64 Hình 3.1.11 Giản đồ DSC của PVA 67 Hình 3.1.12 Giản đồ DSC của tinh bột 67 Hình 3.1.13 Giản đồ DSC của mẫu BS5 68 Hình 3.1.14 Giản đồ DSC của mẫu BS6 68 Hình 3.1.15 Giản đồ TGA mẫu PVA, tinh bột sắn và các 71 polyme blend PVA/tinh bột sắn Hình 3.1.16 Hình SEM của polyme blend PVA/tinh bột 73 Hình 3.1.17 Biểu đồ độ bền kéo đứt và độ giãn dài của polyme blend 76 PVA/tinh bột Hình 3.1.18 Các polyme blend PVA/tinh bột ngày đầu tiên chôn 77 trong đất Hình 3.1.19 Các polyme blend PVA/tinh bột xuất hiện nấm mốc sau 77 30 ngày chôn trong đất Hình 3.1.20 Độ giảm khối lượng của polyme blend PVA/tinh bột 78 trong đất (Công ty Hiếu Giang) Hình 3.1.21 Quá trình phân hủy tinh bột theo cơ chế thủy phân 79 và enzym Hình 3.1.22 Cơ chế phân hủy PVA bởi PVADH 80 Hình 3.1.23 Hình SEM mẫu BS5 (a) trước khi chôn trong đất, 80 xi (b) sau 12 ngày chôn trong đất Hình 3.1.24 Phổ IR của mẫu BS5 (a) trước khi chôn trong đất, 81 (b) sau 12 ngày chôn trong đất Hình 3.1.25 Độ giảm khối lượng của mẫu BS5 trong đất 82 (Đất Công ty Hiếu Giang và đất Nhà vườn Tư Nhuận) Hình 3.1.26 Phổ IR của CMC 84 Hình 3.1.27 Phổ IR của mẫu CC0 84 Hình 3.1.28 Phổ IR của mẫu CC1 85 Hình 3.1.29 Phổ IR của mẫu CC2 85 Hình 3.1.30 Phổ IR của mẫu CC3 86 Hình 3.1.31 Phổ IR của mẫu CC4 86 Hình 3.1.32 Liên kết hydro và este hình thành giữa PVA và CMC 87 Hình 3.1.33 Giản đồ DSC của CMC 88 Hình 3.1.34 Giản đồ DSC của mẫu CC2 88 Hình 3.1.35 Giản đồ TGA của PVA, CMC và các polyme blend 90 PVA/CMC Hình 3.1.36 Hình SEM của các polyme blend PVA/CMC 91 Hình 3.1.37 Biểu đồ độ bền kéo đứt và độ giãn dài của PVA và các 92 polyme blend PVA/CMC Hình 3.1.38 Các mẫu CC2, CC3, CC4 ngày đầu tiên chôn trong đất 93 Hình 3.1.39 Các mẫu CC2, CC3, CC4 sau 40 ngày chôn trong đất 93 Hình 3.1.40 Độ giảm khối lượng của mẫu CC2 và CC3 trong đất 95 (Công ty Hiếu Giang) Hình 3.1.41 Hình SEMmẫu CC2 (a) ngày đầu tiên, 95 (b) sau 14 ngày chôn trong đất Hình 3.1.42 Phổ IR của chitosan 97 Hình 3.1.43 Phổ IR của U1 97 Hình 3.1.44 Phổ IR của U2 98 Hình 3.1.45 Phổ IR của U3 98 xii Hình 3.1.46 Phổ IR của U4 99 Hình 3.1.47 Liên kết hydro hình thành giữa PVA và chitosan 100 Hình 3.1.48 Giản đồ DSC của chitosan 101 Hình 3.1.49 Giản đồ DSC của mẫu U2 102 Hình 3.1.50 Giản đồ DSC của mẫu U3 102 Hình 3.1.51 Giản đồ DSC của mẫu U4 103 Hình 3.1.52 Giản đồ TGA của PVA và các polyme blend 103 PVA/chitosan Hình 3.1.53 Hình SEM của polyme blend PVA/chitosan 105 Hình 3.1.54 Biểu đồ độ bền kéo đứt và độ giãn dài của PVA và các 106 polyme blend PVA/chitosan Hình 3.1.55 Các mẫu U1, U2, U3, U4 ngày đầu tiên chôn trong đất 107 Hình 3.1.56 Các mẫu U1, U2, U3, U4 sau 40 ngày chôn trong đất 107 Hình 3.1.57 Độ giảm khối lượng của polyme blend PVA/chitosan 108 trong đất (Công ty Hiếu Giang) Hình 3.1.58 Hình SEM mẫu U3 (a) ngày đầu tiên, (b) sau 10 ngày 109 chôn trong đất Hình 3.2.1 Các kiểu liên kết hydro hình thành giữa gyxerol, ure và 113 tinh bột Hình 3.2.2 Phổ IR (a) tinh bột,(b) tinh bột với glyxerol, (c) tinh bột 114 với ure Hình 3.2.3 Phổ XRD (a) tinh bột, (b) tinh bột với glyxerol, (c) tinh 114 bột với ure Hình 3.2.4 Phổ XRD của tinh bột với gyxerol sau 25 ngày với các 114 độ ẩm tương đối khác nhau Hình 3.2.5 Phổ XRD của tinh bột với ure sau 25 ngày, 70 ngày với 114 độ ẩm tương đối 100% Hình 3.2.6 Phổ XRD của tinh bột sắn 116 Hình 3.2.7 Phổ XRD của PVA 116 xiii Hình 3.2.8 Phổ XRD của mẫu BS4 117 Hình 3.2.9 Phổ XRD của mẫu BS4-5/10 118 Hình 3.2.10 Phổ XRD của mẫu BS4-10/5 118 Hình 3.2.11 Phổ XRD của mẫu BS4-15/5 119 Hình 3.2.12 Phổ XRD của mẫu BS4 sau 10 ngày bảo quản với 119 độ ẩm tương dối 60% Hình 3.2.13 Phổ XRD của mẫu BS4 sau 20 ngày bảo quản với 120 độ ẩm tương dối 60% Hình 3.2.14 Phổ XRD của mẫu BS4 sau 30 ngày bảo quản với 120 độ ẩm tương dối 60% Hình 3.2.15 Hình SEM của tinh bột và mẫu BS4 sau khi hóa dẻo 121 với ure và glyxerol Hình 3.2.16 Liên kết hemiacetal giữa glyoxal và nhóm hydroxyl 122 Hình 3.2.17 Liên kết hemiacetal giữa glyoxal và tinh bột 122 Hình 3.2.18 Liên kết hemiacetal giữa glyoxal và PVA 123 Hình 3.2.19 Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng glyoxal lên độ bền 125 kéo đứt và độ giãn dài của polyme blend PVA/tinh bột Hình 3.2.20 Liên kết giữa glyoxal, tinh bột, PVA 125 Hình 3.2.21 Liên kết giữa glyoxal với (a) glyxerol, (b) ure 126 Hình 3.2.22 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng glyoxal lên độ 127 hấp thụ nước của polyme blend PVA/tinh bột Hình 3.3.1 Khả năng nhả chậm của NPKtt và NPKB 131 Hình 3.3.2 Quá trình phát triển của các cây ớt bón phân 133 NPKB1, NPKB2 và NPKtt Hình 3.3.3 Quá trình phát triển của các cây ớt dùng bầu ươm 135 BP1, BP2 và Btt Hình 3.3.4 Hình ảnh cà chua sau khi bọc polyme PHSH VINAPOL®- FfF (M3) và các vật liệu khác sau 7 ngày 139 xiv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ ASTM American Society for Testing Materials CL1 Chất tạo liên kết ngang CMC Cacboxymetyl xenlulo DOP Dioctyl phthalat DSC Nhiệt lượng vi sai quét E Độ giãn dài GPC Sắc ký gel PHSH Phân hủy sinh học IR Phổ hồng ngoại NPK Phân NPK PE Polyetylen PGA Polyglutamic PG1 Chất hóa dẻo PG2 Chất tạo sợi dọc PHA Polyhydroxyalkanoat PHB Polyhydrobutyrat PP Polypropylen PS Polystyren PLLA Polylactic axit PVA Polyvinylancol PVC Polyvinylclorua SEM Kính hiển vi điện tử quét TBS Tinh bột sắn TGA Phân tích nhiệt trọng lượng TS Độ bền kéo đứt xv Tb1 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy giai đoạn 1 Tb2 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy giai đoạn 2 Tg Nhiệt độ thủy tinh hóa Tk1 Nhiệt độ kết thúc phân hủy giai đoạn 1 Tk2 Nhiệt độ kết thúc phân hủy giai đoạn 2 Tm Nhiệt độ nóng chảy VINAPOL® - PL/AW Plastic Adsorption Water VINAPOL® -FfS Film for Sprout VINAPOL® -FfF Film for Fruit 1 MỞ ĐẦU Sự gia tăng dân số trong giai đoạn hiện nay là một vấn đề mà nhân loại phải tính đến, đặc biệt trong vài thập kỷ tới. Nếu năm 2004, dân số thế giới là 6 tỷ thì theo dự báo, con số đó sẽ là 10 tỷ trong vòng 50 năm tới. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng kinh tế, chất lượng cuộc sống, mà còn kéo theo nhiều vấn đề khác về xã hội, nhu cầu năng lượng và môi trường. Các chất thải từ polyme tổng hợp trên cơ sở dầu mỏ đã và đang là vấn nạn cho môi trường trái đất, sông suối và cả đại dương. Theo thống kê sơ bộ của Bộ Tài nguyên và Môi trường, trung bình một ngày, một người tiêu dùng phải sử dụng ít nhất một chiếc túi nylon. Vậy với dân số hơn 80 triệu người, mỗi ngày nước ta phải tiêu thụ hơn 80 triệu túi nylon và con số này ngày càng tăng theo đà tăng dân số. Song song với điều đó, số lượng rác thải c ng tăng lên không ngừng. Đây là một thách thức lớn cho môi trường bởi vì phải mất một khoảng thời gian rất dài những túi nylon này mới có thể phân hủy được, có thể là 500 năm hoặc lâu hơn. Nghiên cứu để tìm ra một loại vật liệu mới, có khả năng phân hủy mà không gây hậu quả cho môi trường và giá thành chấp nhận được là nhiệm vụ hàng đầu của các nhà khoa học. Polyme có khả năng phân hủy sinh học là một trong nhiều loại vật liệu lý tưởng có thể thay thế các polyme truyền thống nhưng vẫn đảm bảo các tính năng cơ lý của polyme truyền thống. Polyme có khả năng phân hủy sinh học là loại vật liệu có khả năng tự phân hủy. Quá trình phân hủy của nó là do tác động của nước, vi khuẩn, nấm mốc đảm nhiệm, không đòi hỏi năng lượng, không tạo ra các chất độc hại, đồng thời góp phần giải quyết nhu cầu sử dụng của con người mà không để lại tác hại cho môi trường. Mười năm trở lại đây, một số nước tiên tiến chú trọng đến công nghệ sinh thái, là những công nghệ mà nguyên liệu có nguồn gốc thực vật, có thể tái tạo được. Vì thế, đã có hàng trăm công trình đăng trên các tạp chí chuyên ngành về polyme tự phân hủy sinh học. 2 Ở Việt Nam, việc nghiên cứu polyme tự phân hủy đã được chú trọng. Ðã có các đề tài nghiên cứu cơ bản, các chương trình khoa học công nghệ cấp Nhà nước về biến tính tinh bột với polyme truyền thống để tạo nên polyme có thể phân hủy về các loại polyme khác. Các nghiên cứu về vật liệu phân hủy sinh học được chúng tôi nghiên cứu từ những năm 2000. Các kết quả được công bố rải rác trong các hội nghị, hội thảo khoa học trong nước. Tiếp tục hướng nghiên cứu trên, trong luận án này chúng tôi sử dụng polyvinyl ancol kết hợp với các polysaccarit tự nhiên và các chất phụ gia để tổng hợp polyme có khả năng tự phân hủy, với hy vọng có thể giảm được giá thành của loại vật liệu này và sớm đưa vào ứng dụng. Điểm mới của luận án Lần đầu tiên tại Việt Nam, chúng tôi đã tổng hợp màng polyme có khả năng phân hủy sinh học từ polyvinyl ancol và các polysaccarit tự nhiên (tinh bột sắn, cacboxymetyl xenlulo, chitosan) với ure và glyxerol đóng vai trò hỗn hợp chất hóa dẻo. Kết quả nghiên cứu cho thấy ure và gyxerol có tác dụng cải thiện khả năng tương hợp, độ bền cơ của vật liệu. Đối với màng polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polyvinyl ancol và tinh bột sắn, ure và glyxerol còn có tác dụng ngăn cản hiện tượng kết tinh lại của tinh bột trong quá trình bảo quản. Khả năng phân hủy sinh học của màng polyme được chúng tôi khảo sát bằng phương pháp chôn mẫu trong đất bằng cách đo độ giảm khối lượng của mẫu theo thời gian, kết hợp với phương pháp phổ hồng ngoại và chụp ảnh hiển vi điện tử quét để đánh giá sự thay đổi cấu trúc và hình thái bề mặt của vật liệu sau thời gian chôn mẫu trong đất. Trong một số các công trình công bố ở Việt Nam gần đây [61, 62, 63, 64], một số tác giả c ng đã nghiên cứu khả năng phân hủy sinh học của polyme bằng phương pháp thủy phân, phương pháp đo độ hấp thụ nước trong môi trường tự nhiên, sự mất khối lượng trong môi trường nước, đo tính chất cơ học hoặc đánh giá độ giảm khối lượng của vật liệu trong môi trường đất. 3 Một điểm mới khác của nghiên cứu này là tính định hướng ứng dụng của nó. Chúng tôi đã khảo sát ứng dụng của màng polyme phân hủy sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp như làm màng bảo quản trái cây, làm bầu ươm cấy giống, kiểm soát khả năng nhả chậm của phân bón. Trong ba ứng dụng này, chúng tôi chú trọng vào ứng dụng làm màng bảo quản trái cây vì có thể thấy đây là một trong những sản phẩm thiết thực đối với người tiêu dùng. Hơn nữa, thị trường Việt Nam hiện nay chỉ chú trọng đến túi nhựa tự hủy (túi nhựa thân thiện với môi trường) mà chưa quan tâm tới dòng sản phẩm màng bảo quản trái cây, thực phẩm có khả năng tự hủy sinh học. Chúng tôi đã xây dựng quy trình công nghệ và đã sản xuất thử màng polyme phân hủy sinh học ở quy mô phòng thí nghiệm. Kết quả đã được đăng ký sở hữu trí tuệ với nhãn hiệu VINAPOL® và ba giải pháp hữu ích: VINAPOL® - PL/AW (Plastic Adsorption Water) dùng để bọc các loại phân bón vô cơ, hữu cơ, vi sinh…., VINAPOL® -FfS (Film for Sprout) dùng làm bầu ươm cây và VINAPOL® FfF (Film for Fruit) dùng để bọc hoa quả. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Tổng hợp thành công màng polyme có khả năng phân hủy sinh học trên cơ sở polyvinyl ancol và các polysaccarit tự nhiên. Khảo sát định hướng ứng dụng của các loại màng polyme có khả năng phân hủy sinh học phục vụ nhu cầu của cuộc sống. Nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận án Nghiên cứu quy trình tổng hợp màng polyme có khả năng phân hủy sinh học trên cơ sở polyvinyl ancol và các polysaccarit tự nhiên như tinh bột, cacboxymetyl xenlulo và chitosan bằng phương pháp dung dịch. Nghiên cứu cấu trúc và các tính chất đặc trưng của màng polyme chế tạo được bằng các phương pháp phân tích hiện đại: phương pháp phổ hồng ngoại, ảnh hiển vi điện tử quét, nhiệt lượng vi sai quét, phân tích nhiệt trọng lượng, phổ hấp thụ quang học, nghiên cứu tính chất cơ học, khả năng phân hủy sinh học và khả năng hấp thụ nước.