Nghiên Cứu Tổng Hợp và Ứng Dụng Polylactic Acid (PLA)

• Tác giả: Hồ Thị Hoa
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Mai Hà
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu và Ứng Dụng Polylactic Acid (PLA) Từ Rơm Rạ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng hợp PLA từ rơm rạ
• 1.1.1. Nguồn rơm rạ phế liệu ở Việt Nam
• 1.1.1.1. Trữ lượng rơm rạ và phân bố
• 1.1.2. Quá trình lên men tổng hợp axit lactic từ rơm rạ
• 1.2. Poly-axit lactic (PLA)
• 1.2.1. Tổng hợp PLA
• 1.2.2. Đặc trưng cấu trúc của PLA
• 1.2.3. Vi cấu trúc, hình thái học và hình dạng
• 1.2.4. Khối lượng mol và cấu trúc phân tử
• 1.2.5. Sự chuyển trạng thái nhiệt
• 1.2.6. Độ tinh khiết quang học và sự raxemic hóa
• 1.2.7. Sự phân hủy của PLA
• 1.2.8. Các vật liệu tổng hợp của PLA
• 1.2.9. Nghiên cứu tổng hợp PLA/ PEG
• 1.2.10. Tổng hợp copolyme của axit lactic và poly (ethylene glycol)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Tổng hợp poly-axit lactic
• 2.3. Chế tạo các vật liệu tổ hợp từ poly-axit lactic
• 2.4. Quy trình thí nghiệm
• 2.5. Tinh chế axit lactic
• 2.6. Tổng hợp PLA
• 2.7. Phương pháp tạo tổ hợp PLA-PEG
• 2.8. Tổng hợp copolyme PLA-PEG
• 2.9. Phương pháp chế tạo nanocomposite PLA-Clay
• 2.10. Chế tạo composite PLA/nano bạc
• 2.11. Phương pháp nghiên cứu
• 2.12. Nghiên cứu cấu trúc
• 2.13. Nghiên cứu hình thái học, tính chất nhiệt, cơ lý
• 2.14. Nghiên cứu tính kháng khuẩn
• 2.15. Chủng vi sinh vật
• 2.16. Phương pháp đánh giá tính kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc
• 2.17. Đánh giá tính kháng khuẩn của vật liệu tổ hợp PLA/nano bạc
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ
• 3.1. Tinh chế axit lactic
• 3.2. Nghiên cứu tổng hợp PLA
• 3.2.1. Nghiên cứu tổng hợp chất trung gian L-lactide
• 3.2.2. Nghiên cứu tổng hợp PLA
• 3.2.3. Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của PLA
• 3.3. Chế tạo vật liệu tổ hợp PLA
• 3.3.1. Tổ hợp PLA-PEG
• 3.3.2. Chế tạo copolyme PLA-PEG
• 3.3.3. Chế tạo vật liệu tổ hợp nanocomposite PLA-Clay
• 3.3.4. Vật liệu tổ hợp PLA/ nano bạc
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Polylactic Acid PLA Từ Rơm Rạ

Việt Nam, quốc gia nông nghiệp hàng đầu, đối mặt với lượng lớn rơm rạ sau thu hoạch lúa. Thay vì bị đốt bỏ gây ô nhiễm, rơm rạ có tiềm năng lớn để sản xuất Polylactic Acid (PLA), một loại vật liệu sinh học phân hủy được. PLA từ rơm rạ không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn tạo ra giá trị gia tăng cho phế phẩm nông nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào quy trình sản xuất PLA từ rơm rạ, tính chất của PLA tạo ra, và các ứng dụng tiềm năng của nó. Việc sử dụng nguồn gốc sinh học như rơm rạ để sản xuất PLA phù hợp với xu hướng phát triển vật liệu thân thiện môi trường và kinh tế tuần hoàn.

1.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Rơm Rạ Trong Sản Xuất PLA

Rơm rạ là nguồn nguyên liệu sinh học dồi dào và rẻ tiền ở Việt Nam. Việc sử dụng rơm rạ để sản xuất PLA giúp giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu hóa thạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu, mỗi tấn lúa thu được tạo ra khoảng 1.3 tấn rơm rạ, cho thấy tiềm năng lớn về nguồn cung nguyên liệu cho sản xuất PLA. Việc tận dụng rơm rạ không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào phát triển bền vững.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của Vật Liệu Polylactic Acid PLA

PLA là một loại polyme sinh học có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện thích hợp. So với các loại nhựa truyền thống, PLA có nhiều ưu điểm như khả năng tái tạo từ nguồn gốc sinh học, giảm phát thải khí nhà kính, và tính thân thiện với môi trường. PLA có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ đóng gói thực phẩm đến y tế và dệt may. PLA được xem là một vật liệu thay thế nhựa đầy tiềm năng.

II. Thách Thức Trong Sản Xuất Polylactic Acid PLA Từ Rơm Rạ

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc sản xuất PLA từ rơm rạ vẫn đối mặt với một số thách thức. Quá trình sản xuất PLA từ rơm rạ đòi hỏi công nghệ phức tạp và chi phí đầu tư ban đầu cao. Chất lượng PLA tạo ra từ rơm rạ có thể bị ảnh hưởng bởi thành phần và đặc tính của rơm rạ. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa quy trình sản xuất PLA từ rơm rạ và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích để thúc đẩy thị trường PLA từ rơm rạ.

2.1. Quy Trình Sản Xuất PLA Từ Rơm Rạ Các Bước Quan Trọng

Quy trình sản xuất PLA từ rơm rạ bao gồm nhiều bước, từ xử lý rơm rạ, lên men để tạo axit lactic, đến polyme hóa để tạo PLA. Mỗi bước đều có ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của quá trình. Việc tối ưu hóa các điều kiện lên men, lựa chọn enzyme phù hợp, và kiểm soát quá trình polyme hóa là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng PLA.

2.2. Ảnh Hưởng Của Thành Phần Rơm Rạ Đến Chất Lượng PLA

Thành phần của rơm rạ, bao gồm cellulose, hemicellulose, và lignin, có thể ảnh hưởng đến chất lượng PLA tạo ra. Lignin có thể gây cản trở quá trình lên men và polyme hóa. Cần có các phương pháp xử lý rơm rạ hiệu quả để loại bỏ lignin và các tạp chất khác, từ đó nâng cao chất lượng PLA.

2.3. Chi Phí Sản Xuất PLA Từ Rơm Rạ Giải Pháp Giảm Giá Thành

Chi phí sản xuất PLA từ rơm rạ hiện nay còn khá cao so với các loại nhựa truyền thống. Để giảm chi phí, cần tối ưu hóa quy trình sản xuất, sử dụng công nghệ hiệu quả hơn, và tận dụng các nguồn phụ phẩm trong quá trình sản xuất. Việc phát triển các phụ gia PLA từ nguồn gốc sinh học cũng có thể giúp giảm chi phí và cải thiện tính chất của PLA.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Polylactic Acid PLA Từ Rơm Rạ Hiệu Quả

Nghiên cứu tập trung vào quy trình tổng hợp PLA từ rơm rạ thông qua quá trình lên men và polyme hóa. Axit lactic, sản phẩm của quá trình lên men, được tinh chế và polyme hóa để tạo thành PLA. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng PLA, như nhiệt độ, thời gian, và chất xúc tác, được nghiên cứu và tối ưu hóa. Kết quả cho thấy quy trình tổng hợp PLA từ rơm rạ có tiềm năng sản xuất PLA với tính chất tương đương với PLA từ các nguồn khác.

3.1. Lên Men Rơm Rạ Tối Ưu Hóa Quá Trình Tạo Axit Lactic

Quá trình lên men rơm rạ để tạo axit lactic là bước quan trọng trong quy trình sản xuất PLA. Nghiên cứu tập trung vào việc lựa chọn vi sinh vật phù hợp, tối ưu hóa các điều kiện lên men (pH, nhiệt độ, thời gian), và sử dụng các enzyme để tăng hiệu suất chuyển đổi rơm rạ thành axit lactic. Việc sử dụng rơm rạ tái chế sau quá trình lên men cũng được xem xét để giảm thiểu chất thải.

3.2. Polyme Hóa Axit Lactic Kiểm Soát Cấu Trúc Và Tính Chất PLA

Quá trình polyme hóa axit lactic để tạo PLA đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các điều kiện phản ứng để đảm bảo cấu trúc và tính chất mong muốn của PLA. Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng các chất xúc tác hiệu quả, kiểm soát nhiệt độ và thời gian phản ứng, và sử dụng các phụ gia PLA để cải thiện tính chất cơ học và nhiệt của PLA.

3.3. Tinh Chế Axit Lactic Nâng Cao Chất Lượng Polylactic Acid PLA

Quá trình tinh chế axit lactic sau khi lên men là rất quan trọng để loại bỏ các tạp chất và đảm bảo chất lượng PLA tạo ra. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp tinh chế khác nhau, như lọc, hấp phụ, và chiết xuất, để loại bỏ các tạp chất và nâng cao độ tinh khiết của axit lactic.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Polylactic Acid PLA Từ Rơm Rạ

PLA từ rơm rạ có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong nông nghiệp, PLA có thể được sử dụng để sản xuất màng phủ đất, chậu cây, và các vật liệu phân hủy sinh học khác. Trong đóng gói, PLA có thể thay thế các loại nhựa truyền thống để đóng gói thực phẩm và các sản phẩm khác. Trong y tế, PLA có thể được sử dụng để sản xuất chỉ khâu, vật liệu cấy ghép, và các thiết bị y tế khác. Ngoài ra, PLA còn có thể được sử dụng trong dệt may và các ứng dụng khác.

4.1. Ứng Dụng PLA Trong Nông Nghiệp Giải Pháp Bền Vững

PLA có thể được sử dụng để sản xuất màng phủ đất phân hủy sinh học, giúp giảm thiểu ô nhiễm nhựa trong nông nghiệp. Màng phủ PLA có thể tự phân hủy trong đất sau khi sử dụng, giúp tiết kiệm chi phí thu gom và xử lý. PLA cũng có thể được sử dụng để sản xuất chậu cây phân hủy sinh học, giúp giảm thiểu chất thải nhựa từ ngành nông nghiệp.

4.2. PLA Trong Đóng Gói Vật Liệu Thay Thế Nhựa Thân Thiện

PLA có thể thay thế các loại nhựa truyền thống trong đóng gói thực phẩm và các sản phẩm khác. PLA có khả năng phân hủy sinh học, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ chất thải đóng gói. PLA cũng có tính chất tương tự như nhựa truyền thống, đảm bảo khả năng bảo vệ sản phẩm.

4.3. PLA Trong Y Tế Vật Liệu An Toàn Và Phân Hủy Sinh Học

PLA được sử dụng rộng rãi trong y tế để sản xuất chỉ khâu, vật liệu cấy ghép, và các thiết bị y tế khác. PLA có tính tương thích sinh học cao và khả năng phân hủy sinh học, giúp giảm thiểu nguy cơ phản ứng phụ và tái phẫu thuật. PLA được xem là một vật liệu an toàn và hiệu quả trong y tế.

V. Kết Luận Và Triển Vọng Phát Triển Polylactic Acid PLA

Nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của việc sản xuất PLA từ rơm rạ, một nguồn nguyên liệu sinh học dồi dào và rẻ tiền ở Việt Nam. PLA từ rơm rạ có thể thay thế các loại nhựa truyền thống trong nhiều ứng dụng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thúc đẩy phát triển bền vững. Cần có các nghiên cứu sâu hơn và các chính sách hỗ trợ để thúc đẩy thị trường PLA từ rơm rạ và đưa PLA trở thành một vật liệu phổ biến trong tương lai.

5.1. Tiềm Năng Thị Trường Polylactic Acid PLA Tại Việt Nam

Thị trường PLA tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu thân thiện môi trường. Việc sản xuất PLA từ rơm rạ có thể đáp ứng nhu cầu này và tạo ra cơ hội kinh doanh mới cho các doanh nghiệp Việt Nam. Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích để thúc đẩy thị trường PLA và tạo điều kiện cho các doanh nghiệp phát triển.

5.2. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ Sản Xuất Polylactic Acid PLA

Công nghệ sản xuất PLA đang ngày càng được cải tiến để giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các xu hướng phát triển bao gồm sử dụng các enzyme hiệu quả hơn, tối ưu hóa quy trình lên men và polyme hóa, và phát triển các phụ gia PLA từ nguồn gốc sinh học. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp PLA trở nên cạnh tranh hơn so với các loại nhựa truyền thống.

5.3. Chính Sách Hỗ Trợ Phát Triển Polylactic Acid PLA Tại Việt Nam

Chính phủ Việt Nam cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích để thúc đẩy phát triển PLA, bao gồm hỗ trợ nghiên cứu và phát triển, ưu đãi thuế cho các doanh nghiệp sản xuất PLA, và khuyến khích sử dụng PLA trong các ngành công nghiệp. Các chính sách này sẽ giúp tạo ra một môi trường thuận lợi cho phát triển PLA và đưa PLA trở thành một vật liệu quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp với sản lượng lúa gạo hàng năm khoảng 44 triệu tấn, đồng thời tạo ra khoảng 40-50 triệu tấn rơm rạ phế liệu. Rơm rạ hiện nay chủ yếu bị đốt bỏ, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là trẻ em và người già. Trong bối cảnh đó, việc tận dụng nguồn phế liệu nông nghiệp này để sản xuất vật liệu sinh học phân hủy được xem là hướng đi bền vững và có ý nghĩa kinh tế cao. Luận văn tập trung nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng poly-axit lactic (PLA) từ rơm rạ, một loại polyme sinh học có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường và có tiềm năng thay thế nhựa dầu mỏ truyền thống.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển quy trình tổng hợp PLA từ nguồn nguyên liệu tái tạo là rơm rạ, đồng thời nghiên cứu các vật liệu tổ hợp PLA với polyethylene glycol (PEG), nano clay và nano bạc nhằm cải thiện tính chất cơ lý và chức năng kháng khuẩn. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi thời gian từ năm 2010 đến 2015, tập trung tại Việt Nam với các nguồn nguyên liệu nông nghiệp trong nước. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sử dụng phế liệu nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển vật liệu xanh trong công nghiệp nhựa sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về tổng hợp polyme sinh học, đặc biệt là poly-axit lactic (PLA). Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết trùng hợp mở vòng (ROP): Đây là phương pháp chủ yếu để tổng hợp PLA có khối lượng phân tử cao từ monome lactide, bao gồm các cơ chế trùng hợp cationic, anionic và phối trí - bổ sung. Cơ chế phối trí - bổ sung với xúc tác thiếc octoate (Sn(Oct)2) được sử dụng phổ biến do khả năng kiểm soát khối lượng phân tử và tốc độ phản ứng.

2. Lý thuyết lên men sinh học axit lactic: Quá trình lên men đồng hình và dị hình của vi khuẩn lactic được nghiên cứu để sản xuất axit lactic từ rơm rạ, làm nguyên liệu đầu vào cho tổng hợp PLA. Lên men đồng hình có hiệu suất axit lactic gần 80%, trong khi lên men dị hình tạo ra nhiều sản phẩm phụ.

Các khái niệm chính bao gồm: axit lactic và các đồng phân quang học (L-lactic, D-lactic, meso-lactide), lactide và các dạng đồng phân, tính chất vật lý và hóa học của PLA, độ tinh khiết quang học, sự racemic hóa, cũng như các tính chất cơ lý và nhiệt của PLA.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là rơm rạ phế liệu thu gom từ các vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long, nơi chiếm lần lượt 16,8% và 52,5% sản lượng rơm rạ cả nước. Axit lactic được tổng hợp qua quá trình lên men vi sinh vật lactic từ rơm rạ, sau đó tinh chế và chuyển hóa thành lactide qua phản ứng ngưng tụ và unzipping trong điều kiện chân không, nhiệt độ 200-300oC, sử dụng xúc tác kim loại như thiếc octoate.

Phương pháp phân tích bao gồm sắc ký thấm gel (GPC) để xác định khối lượng phân tử PLA, phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ hồng ngoại (IR), và kính hiển vi điện tử quét (SEM) để nghiên cứu cấu trúc và hình thái học. Tính chất nhiệt được đánh giá bằng phương pháp nhiệt lượng quét vi sai (DSC) và nhiễu xạ tia X (XRD). Tính kháng khuẩn của vật liệu tổ hợp PLA/nano bạc được đánh giá bằng phương pháp đo hiệu suất diệt khuẩn trên các chủng vi sinh vật khác nhau.

Quy trình nghiên cứu kéo dài khoảng 3 năm, từ thu thập nguyên liệu, tổng hợp axit lactic, tổng hợp lactide, trùng hợp PLA, đến chế tạo vật liệu tổ hợp và đánh giá tính chất. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm nhiều lô mẫu PLA với khối lượng phân tử từ 20.000 đến 70.000 g/mol, cùng các vật liệu tổ hợp với hàm lượng PEG, clay và nano bạc khác nhau để so sánh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp axit lactic và lactide từ rơm rạ: Quá trình lên men đồng hình đạt hiệu suất axit lactic khoảng 80%, với độ tinh khiết cao. Phản ứng tổng hợp lactide trong điều kiện chân không 10 mbar, nhiệt độ 200-300oC, sử dụng xúc tác thiếc octoate đạt hiệu suất chuyển hóa lactide trên 85%. Hàm lượng meso-lactide được kiểm soát dưới 3%, đảm bảo độ tinh khiết quang học cao cho sản phẩm PLA.

2. Tổng hợp PLA có khối lượng phân tử cao: PLA tổng hợp có khối lượng phân tử trung bình từ 20.000 đến 70.000 g/mol, với độ phân tán phân tử nhỏ, phù hợp cho ứng dụng công nghiệp. Độ bền kéo của PLA vô định hình đạt 40-53 MPa, tăng lên 47-70 MPa sau quá trình ủ mẫu tạo tinh thể, tương đương hoặc vượt trội so với PLA thương mại.

3. Chế tạo vật liệu tổ hợp PLA-PEG và nanocomposite PLA-Clay, PLA/nano bạc: Vật liệu tổ hợp PLA-PEG cải thiện độ dẻo và khả năng gia công, với độ bền kéo tăng khoảng 10-15% so với PLA nguyên bản. Nanocomposite PLA-Clay với hàm lượng clay 1-3% tăng độ bền kéo lên 15-20% và giảm độ thấm khí đáng kể. Vật liệu PLA/nano bạc thể hiện khả năng kháng khuẩn vượt trội, với hiệu suất diệt khuẩn lên đến 100% sau 24 giờ tiếp xúc với các chủng vi sinh vật thử nghiệm.

4. Tính chất nhiệt và phân hủy của PLA: Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của PLA khoảng 60oC, nhiệt độ nóng chảy (Tm) từ 175-180oC, phụ thuộc vào độ tinh khiết quang học và khối lượng phân tử. PLA phân hủy sinh học qua quá trình thủy phân liên kết ester, tốc độ phân hủy phụ thuộc vào độ kết tinh, khối lượng phân tử và hình thái học. Sự racemic hóa và tạp chất kim loại ảnh hưởng đến tính ổn định nhiệt và khả năng tái chế PLA.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng rơm rạ làm nguyên liệu đầu vào cho sản xuất axit lactic và lactide là khả thi và hiệu quả, tận dụng nguồn sinh khối dồi dào tại Việt Nam. Việc kiểm soát các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, xúc tác và thời gian phản ứng giúp giảm thiểu sự racemic hóa, nâng cao độ tinh khiết quang học của lactide, từ đó cải thiện tính chất cơ lý và nhiệt của PLA.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, PLA tổng hợp trong nghiên cứu có tính chất cơ lý tương đương với PLA thương mại như NatureWorks, Mitsui Fine Chemicals, cho thấy quy trình tổng hợp đạt chất lượng cao. Việc chế tạo vật liệu tổ hợp PLA-PEG và nanocomposite PLA-Clay, PLA/nano bạc đã khắc phục được nhược điểm giòn và tốc độ phân hủy chậm của PLA nguyên bản, mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực bao bì, y sinh và vật liệu kháng khuẩn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng PEG, clay và nano bạc đến độ bền kéo, độ thấm khí và hiệu suất kháng khuẩn, cũng như bảng so sánh các tính chất nhiệt và cơ lý của PLA trước và sau biến tính. Các kết quả này góp phần quan trọng trong phát triển vật liệu sinh học thân thiện môi trường, phù hợp với xu hướng công nghiệp xanh hiện nay.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường thu gom và xử lý rơm rạ: Xây dựng hệ thống thu gom rơm rạ tại các vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long nhằm cung cấp nguyên liệu ổn định cho sản xuất axit lactic. Mục tiêu tăng tỷ lệ thu gom lên 70% trong vòng 3 năm, do các doanh nghiệp chế biến nông sản và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

2. Nâng cao hiệu quả quy trình tổng hợp lactide và PLA: Áp dụng công nghệ trùng hợp mở vòng với xúc tác thiếc octoate và kiểm soát chặt chẽ các điều kiện phản ứng để giảm thiểu racemic hóa, nâng cao độ tinh khiết quang học. Mục tiêu đạt hiệu suất chuyển hóa lactide trên 90% và PLA có khối lượng phân tử trung bình trên 70.000 g/mol trong 2 năm tới, do các phòng thí nghiệm và nhà máy sản xuất vật liệu sinh học thực hiện.

3. Phát triển vật liệu tổ hợp và nanocomposite: Tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu tổ hợp PLA-PEG, PLA-Clay và PLA/nano bạc để cải thiện tính chất cơ lý và chức năng kháng khuẩn. Mục tiêu thương mại hóa các sản phẩm bao bì sinh học và vật liệu y sinh trong vòng 5 năm, do các công ty vật liệu và viện nghiên cứu phối hợp phát triển.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình tái chế PLA: Thiết lập các tiêu chuẩn về độ tinh khiết quang học, hàm lượng tạp chất và quy trình tái chế PLA nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Mục tiêu hoàn thiện tiêu chuẩn trong 3 năm, do các cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức tiêu chuẩn hóa thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học và Khoa học vật liệu: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp và ứng dụng PLA, giúp phát triển các đề tài nghiên cứu mới về vật liệu sinh học và polyme phân hủy sinh học.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu sinh học và nhựa phân hủy: Thông tin về quy trình tổng hợp PLA từ nguồn nguyên liệu tái tạo và các vật liệu tổ hợp giúp doanh nghiệp cải tiến công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm và mở rộng thị trường.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách phát triển bền vững: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng chính sách thu gom phế liệu nông nghiệp, phát triển vật liệu xanh và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4. Ngành y sinh và dược phẩm: Các vật liệu PLA và tổ hợp có tính tương hợp sinh học, kháng khuẩn phù hợp cho ứng dụng trong y tế như thiết bị phẫu thuật tự tiêu, bao bọc thuốc, giúp cải thiện hiệu quả điều trị và an toàn cho bệnh nhân.

Câu hỏi thường gặp

1. PLA là gì và tại sao được quan tâm trong sản xuất vật liệu sinh học?
   PLA là poly-axit lactic, một polyme sinh học có nguồn gốc từ axit lactic lên men từ nguyên liệu tái tạo như rơm rạ. PLA phân hủy sinh học, thân thiện môi trường và có tính chất cơ lý tốt, được xem là vật liệu thay thế nhựa dầu mỏ truyền thống.

2. Quy trình tổng hợp PLA từ rơm rạ gồm những bước chính nào?
   Quy trình gồm lên men rơm rạ để tạo axit lactic, tinh chế axit lactic, tổng hợp lactide qua phản ứng ngưng tụ và unzipping trong điều kiện chân không, sau đó trùng hợp mở vòng lactide để tạo PLA có khối lượng phân tử cao.

3. Làm thế nào để cải thiện tính chất cơ lý của PLA?
   Có thể cải thiện bằng cách chế tạo vật liệu tổ hợp PLA với polyethylene glycol (PEG) để tăng độ dẻo, hoặc tạo nanocomposite với nano clay và nano bạc để tăng độ bền kéo, giảm độ thấm khí và bổ sung tính năng kháng khuẩn.

4. Tại sao cần kiểm soát độ tinh khiết quang học của lactide?
   Độ tinh khiết quang học ảnh hưởng đến tính chất kết tinh, nhiệt độ nóng chảy và độ bền cơ học của PLA. Hàm lượng meso-lactide thấp giúp PLA có tính chất cơ lý tốt hơn và khả năng phân hủy sinh học hiệu quả.

5. PLA có thể tái chế và phân hủy như thế nào?
   PLA phân hủy sinh học qua quá trình thủy phân liên kết ester, tạo ra axit lactic có thể tái sinh. Quá trình tái chế PLA cần kiểm soát sự racemic hóa để giữ tính chất vật liệu, đồng thời giảm thiểu tạp chất kim loại để tránh phân hủy không mong muốn.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp PLA từ nguồn nguyên liệu rơm rạ phế liệu nông nghiệp Việt Nam với hiệu suất cao và độ tinh khiết quang học tốt.
• Vật liệu tổ hợp PLA-PEG, nanocomposite PLA-Clay và PLA/nano bạc được chế tạo thành công, cải thiện đáng kể tính chất cơ lý và chức năng kháng khuẩn của PLA.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sử dụng phế liệu nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển vật liệu xanh thân thiện môi trường.
• Đề xuất các giải pháp thu gom nguyên liệu, tối ưu quy trình tổng hợp, phát triển vật liệu tổ hợp và xây dựng tiêu chuẩn tái chế PLA nhằm thúc đẩy ứng dụng thực tiễn.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý tiếp tục phát triển và ứng dụng PLA trong các lĩnh vực công nghiệp, y sinh và bảo vệ môi trường.

Tiếp theo, cần triển khai các dự án thí điểm sản xuất PLA quy mô công nghiệp và phát triển các sản phẩm thương mại từ vật liệu tổ hợp PLA để thúc đẩy thị trường nhựa sinh học tại Việt Nam. Hành động ngay hôm nay để góp phần xây dựng nền kinh tế tuần hoàn và bảo vệ môi trường bền vững.