Nghiên cứu màng polymer phân hủy sinh học tại HCMUTE

LỜI CÁM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TÓM TẮT

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tình hình nghiên cứu của màng phân hủy sinh học

1.2. Cơ sở lý luận và giả thuyết khoa học

1.2.1. Polyme phân hủy sinh học

1.2.2. Tinh bột

1.2.2.1. Tổng quan về tinh bột

1.2.2.2. Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột

1.2.2.3. Thành phần hóa học của tinh bột

1.2.2.4. Một số tính chất đáng chú ý của tinh bột

1.2.2.5. Tinh bột sắn

1.2.3. Tổng quan về PVA

1.2.4. Một số tính chất của PVA

1.2.5. Sự hồ hóa của tinh bột và thoái hóa

1.2.5.1. Sự hồ hóa của polysaccarit

1.2.5.2. Nguyên tắc hồ hóa của tinh bột và sự thoái hóa

1.2.6. Cơ chế của việc tạo màng từ tinh bột

1.3. Mục tiêu của khóa luận

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Hóa chất và vật liệu

2.2. Quy trình tạo màng

2.2.1. Quy trình xử lý tinh bột biến tính

2.2.2. Quy trình chế tạo màng

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp đo độ trương của màng

2.3.2. Phương pháp đo độ bền kéo của màng

2.3.3. Phương pháp phân tích bằng phổ hồng ngoại

2.3.4. Phương pháp phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét

2.3.5. Phương pháp phân tích bằng phổ nhiễu xạ tia X

2.3.6. Phương pháp nhiệt quét vi sai

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. Ảnh chụp mẫu màng

3.2. Kết quả độ trương của màng

3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CMC đến độ trương của màng

3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVA đến độ trương của màng

3.3. Kết quả độ bền kéo của màng

3.3.1. Độ dày của màng

3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CMC đến độ bền kéo

3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng PVA đến độ bền kéo

3.4. Kết quả phân tích IR

3.5. Kết quả phân tích XRD

3.6. Kết quả ảnh chụp SEM

3.7. Kết quả DSC

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về màng polymer phân hủy sinh học

Màng polymer phân hủy sinh học là một trong những giải pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của rác thải nhựa đến môi trường. Các màng này thường được chế tạo từ các nguyên liệu tự nhiên như tinh bột, cellulose, và gelatin. Nghiên cứu tại HCMUTE đã chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu sinh học như tinh bột sắn không chỉ giúp tạo ra màng có khả năng phân hủy tốt mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Theo nghiên cứu, màng được chế tạo từ hệ tinh bột/CMC-PVA có độ bền kéo cao và khả năng phân hủy trong nước tốt, từ đó mở ra nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày như bọc thực phẩm và trong y học như màng bọc vết thương.

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Việt Nam đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường do rác thải nhựa. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm phát triển các loại màng phân hủy sinh học từ nguyên liệu có sẵn trong nước. Một số nghiên cứu tiêu biểu như tổng hợp màng từ PVA và MFC cho thấy khả năng phân hủy tốt và cơ tính ổn định. Các sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu sử dụng mà còn thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu ô nhiễm do nhựa.

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, nghiên cứu về polymer phân hủy sinh học đã được quan tâm từ những năm 70 của thế kỷ XX. Nhiều quốc gia phát triển như Mỹ, Đức, và Nhật Bản đã đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực này. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp các loại tinh bột khác nhau với các phụ gia có thể tạo ra màng có cơ tính tốt hơn. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm polymer thân thiện với môi trường.

II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp solvent-casting để chế tạo màng từ hệ tinh bột sắn, PVA, và CMC. Quy trình bao gồm việc xử lý tinh bột biến tính, sau đó tiến hành chế tạo màng và khảo sát các tính chất cơ lý của màng. Các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại, kính hiển vi điện tử quét, và nhiễu xạ tia X được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất của màng. Kết quả cho thấy màng có độ dày từ 40 đến 100 µm, với khả năng phân hủy trong nước từ 15 phút đến hơn một giờ tùy thuộc vào hàm lượng các thành phần.

2.1 Quy trình chế tạo màng

Quy trình chế tạo màng bắt đầu từ việc xử lý tinh bột để tạo ra dạng biến tính, sau đó kết hợp với PVA và CMC. Các thành phần này được hòa tan trong dung môi thích hợp và đổ vào khuôn để tạo hình. Sau khi khô, màng được thu được và tiến hành khảo sát các tính chất cơ lý như độ bền kéo và độ trương. Kết quả cho thấy màng có khả năng chịu lực tốt và độ bền kéo cao, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

2.2 Phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc hóa học, kính hiển vi điện tử quét để quan sát bề mặt màng, và nhiễu xạ tia X để phân tích cấu trúc tinh thể. Kết quả phân tích cho thấy màng có cấu trúc đồng nhất và khả năng phân hủy sinh học tốt, phù hợp với yêu cầu của các ứng dụng trong thực tế.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng polymer phân hủy sinh học từ tinh bột sắn có độ bền kéo cao nhất đạt 35,4 MPa. Thời gian phân hủy trong nước ở 35°C dao động từ 15 phút đến hơn một giờ, tùy thuộc vào hàm lượng CMC và PVA. Những kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của màng trong các lĩnh vực như thực phẩm và y tế. Việc sử dụng màng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại lợi ích kinh tế cho người sản xuất.

3.1 Kết quả độ bền kéo

Độ bền kéo của màng là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá khả năng ứng dụng. Kết quả cho thấy màng có độ bền kéo cao, cho phép sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính bền vững. Việc tối ưu hóa hàm lượng CMC và PVA đã giúp cải thiện đáng kể tính chất cơ lý của màng, mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường.

3.2 Kết quả phân tích cấu trúc

Phân tích cấu trúc của màng thông qua các phương pháp như phổ hồng ngoại và kính hiển vi điện tử quét cho thấy màng có cấu trúc đồng nhất và khả năng phân hủy sinh học tốt. Điều này chứng tỏ rằng màng có thể được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như thực phẩm và y tế, góp phần vào việc bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu tổng hợp màng polymer phân hủy sinh học