Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polime phân hủy sinh học trên cơ sở polylactic axit

• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polime phân hủy sinh học từ polylactic axit
• Loại tài liệu: luận văn
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC
• 1.1. Khái niệm về polyme phân hủy sinh học
• 1.2. Khái quát các quá trình phân hủy của polyme
• 1.3. Phân loại polyme phân hủy sinh học
• 1.4. Ứng dụng polyme phân hủy sinh học
• 2. CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
• 2.1. Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học trên thế giới
• 2.2. Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học ở Việt Nam
• 3. CHƯƠNG 3: POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ AXIT LACTIC
• 3.1. Polyme hóa mở vòng các este vòng
• 3.2. Các phương pháp tổng hợp polylactic axit
• 3.3. Tính chất của polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polylactic axit
• 3.4. Quá trình phân hủy sinh học của polylactit và poly(lactit-co-glycolit)
• 3.5. Phương pháp gia công polylactit
• 3.6. Ứng dụng của polylactit
• 4. CHƯƠNG 4: NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT. THIẾT BỊ SỬ DỤNG. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM – TỔNG HỢP, GIA CÔNG, NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY VẬT LIỆU PLA
• 4.1. Điều chế axit lactic bằng phương pháp lên men tinh bột sắn
• 4.2. Tổng hợp PLA
• 4.3. Các phương phân tích đặc trưng tính chất, cấu trúc và sự phân hủy của vật liệu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 5.1. Tổng hợp axit lactic bằng công nghệ lên men
• 5.2. Lên men tổng hợp lactic axit
• 5.3. Phân tích sản phẩm
• 5.4. Phân tích so sánh xác định thành phần D, L lactic và độ quay phân cực của các loại axit lactic
• 5.5. Sự thay đổi nồng độ [H+], thành phần cấu trúc của các loại lactic axit trong các điều kiện bảo quản khác nhau
• 5.6. Nghiên cứu xác định các điều kiện tổng hợp 3,6-dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione (lactidt)
• 5.7. Các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình tách loại nước để làm khan axit lactic
• 5.8. Ảnh hưởng các điều kiện tới phản ứng tổng hợp lactic oligome
• 5.9. Phản ứng tổng hợp lactit
• 5.10. Đặc trưng cấu trúc và tính chất của sản phẩm lactit
• 5.11. Tổng hợp polylactit bằng phương pháp polyme hóa mở vòng lactit
• 5.12. Động học của phản ứng polyme hóa mở vòng lactit
• 5.13. Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng tới quá trình polyme hóa mở vòng lactit
• 5.14. Nghiên cứu ảnh hưởng loại lactit và điều kiện phản ứng đến khối lượng phân tử trung bình của PLA
• 5.15. Mối quan hệ giữa khối lượng phân tử và các tính chất của sản phẩm PLA
• 5.16. Đặc trưng cấu trúc của PLA
• 5.17. Quy trình tổng hợp PLA
• 5.18. Nghiên cứu công nghệ gia công chế tạo vật liệu trên cơ sở PLA
• 5.19. Nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia đến tính chất cơ lý của vật liệu
• 5.20. Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất cơ lý
• 5.21. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện gia công trên máy ép đùn (nhiệt độ, thời gian, vòng quay trục vít) đến tính chất vật liệu
• 5.22. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện gia công trên máy ép phun (nhiệt độ, thời gian, tốc độ ép) đến tính chất cơ lý của vật liệu
• 6. CHƯƠNG 6: NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN HỦY CỦA PLA
• 6.1. Độ ổn định của PLA trong không khí tự nhiên
• 6.2. Động học phân hủy của PLA trong môi trường in vitro
• 6.3. Sự thay đổi khối lượng phân tử và suy giảm độ bền kéo của PLA theo thời gian phân hủy trong các môi trường khác nhau
• 6.4. Sự thay đổi pH môi trường phân hủy của PLA theo thời gian
• 6.5. Nghiên cứu sản phẩm phân hủy thủy phân của PLA
• 6.6. Nghiên cứu sự thay đổi hình thái học và cấu trúc bề mặt mẫu sản phẩm PLA bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét
• 6.7. Nghiên cứu tác động của vi sinh vật lên sự phân hủy của PLA
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÓ LIÊN QUAN ĐÃ CÔNG BỐ
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu polime phân hủy sinh học

Vật liệu polime phân hủy sinh học đang trở thành một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Polylactic axit (PLA) là một trong những loại vật liệu nổi bật trong nhóm này, nhờ vào khả năng phân hủy sinh học và tính thân thiện với môi trường. Nghiên cứu về PLA không chỉ giúp giảm thiểu rác thải nhựa mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong y học và công nghiệp. Việc tổng hợp và ứng dụng PLA đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm, nhằm phát triển các sản phẩm thay thế cho nhựa truyền thống.

1.1. Khái niệm về polime phân hủy sinh học

Polime phân hủy sinh học là những vật liệu có khả năng phân hủy dưới tác động của vi sinh vật, tạo ra các sản phẩm cuối cùng thân thiện với môi trường như CO2 và nước. Theo tiêu chuẩn ASTM D6400, các vật liệu này phải phân hủy trong thời gian nhất định và không để lại chất độc hại.

1.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu polime trên thế giới

Nghiên cứu về vật liệu polime phân hủy sinh học đã diễn ra từ những năm 70 của thế kỷ trước. Các nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp tổng hợp và ứng dụng PLA trong các lĩnh vực như bao bì, y tế và nông nghiệp. Sự phát triển này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra các sản phẩm an toàn cho sức khỏe con người.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ vật liệu nhựa truyền thống

Sự gia tăng sử dụng vật liệu nhựa truyền thống đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các sản phẩm nhựa khó phân hủy tồn tại trong môi trường hàng trăm năm, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Việc tìm kiếm các giải pháp thay thế như polime phân hủy sinh học trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

2.1. Tác động của nhựa đến môi trường

Nhựa truyền thống khi thải ra môi trường không chỉ gây ô nhiễm đất mà còn ảnh hưởng đến nguồn nước và không khí. Các chất độc hại từ nhựa có thể xâm nhập vào chuỗi thực phẩm, gây hại cho sức khỏe con người.

2.2. Nhu cầu phát triển vật liệu thân thiện với môi trường

Để giảm thiểu ô nhiễm, cần phát triển các vật liệu có khả năng phân hủy sinh học như PLA. Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản phẩm an toàn và bền vững.

III. Phương pháp tổng hợp polylactic axit hiệu quả

Có nhiều phương pháp tổng hợp polylactic axit (PLA), trong đó phương pháp polyme hóa mở vòng là phổ biến nhất. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt hơn về tính chất và khối lượng phân tử của PLA, từ đó nâng cao hiệu quả ứng dụng của vật liệu này.

3.1. Phương pháp polyme hóa mở vòng

Polyme hóa mở vòng là quá trình chuyển đổi lactit thành PLA thông qua phản ứng hóa học. Phương pháp này cho phép tạo ra PLA với khối lượng phân tử cao và tính chất cơ lý tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

Nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất và loại chất xúc tác có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của PLA. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được sản phẩm chất lượng cao.

IV. Tính chất và ứng dụng của polylactic axit

PLA có nhiều tính chất vượt trội như khả năng phân hủy sinh học, tính an toàn cho sức khỏe và khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Từ bao bì thực phẩm đến vật liệu y tế, PLA đang dần thay thế các vật liệu nhựa truyền thống.

4.1. Tính chất cơ lý của PLA

PLA có độ bền kéo cao, khả năng chịu nhiệt tốt và tính chất cơ lý ổn định. Những tính chất này giúp PLA trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y tế.

4.2. Ứng dụng trong ngành y tế

PLA được sử dụng rộng rãi trong ngành y tế để sản xuất các thiết bị y tế, vật liệu khâu và bao bì dược phẩm. Sản phẩm từ PLA không chỉ an toàn mà còn có khả năng phân hủy trong cơ thể, giảm thiểu rác thải y tế.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của vật liệu polime phân hủy sinh học

Nghiên cứu và phát triển vật liệu polime phân hủy sinh học như PLA đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp. Với sự gia tăng nhận thức về ô nhiễm môi trường, nhu cầu về các sản phẩm thân thiện với môi trường sẽ ngày càng tăng. Việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển PLA sẽ giúp tạo ra những sản phẩm bền vững và an toàn cho tương lai.

5.1. Xu hướng phát triển vật liệu sinh học

Xu hướng phát triển vật liệu sinh học đang gia tăng mạnh mẽ trên toàn cầu. Các nhà khoa học và doanh nghiệp đang tìm kiếm các giải pháp mới để sản xuất vật liệu thân thiện với môi trường, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.2. Tương lai của polylactic axit trong công nghiệp

PLA có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực, từ bao bì đến y tế. Việc phát triển công nghệ sản xuất PLA sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và tạo ra các sản phẩm bền vững, góp phần bảo vệ môi trường.