Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Tải bản đầy đủ - 0trang

PLA được sản xuất chủ yếu từ tinh bột bắp – nguồn nguyên liệu thu được từ sản

xuất nông nghiệp. Với các tính chất nổi bật như độ bền kéo cao, trong suốt, khả năng

phân hủy sinh học cao, dễ tạo hình sản phẩm ... trong tương lai PLA sẽ dần thay thế

cho PS, PP, ABS cũng như các loại nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ khác trong các ứng

dụng đòi hỏi yêu cầu cao. Loại vật liệu này là một trong những loại biopolymer đang

được sử dụng phổ biến. Năm 2010, PLA có khối lượng tiêu thụ cao thứ hai trong các

loại nhựa sinh học trên thế giới. Dự đoán nhựa PLA sẽ tăng 50% sản lượng vào năm

2022 so với năm 2017 [1].

2.1.2.



Phương pháp sản xuất nhựa PLA



PLA có thể tổng hợp bằng bốn phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu là sử

dụng phương pháp polymer hóa trực tiếp và phương pháp trùng hợp mở vòng.

 Phương pháp polymer hóa trực tiếp:



Phương pháp này tạo thành PLA có khối lượng phân tử thấp sau đó tăng phân tử

khối bằng các tác nhân kéo dài mạch cho đến khối lượng phân tử mong muốn.

CH3

n HO



C



CH3

COOH



trùng hợp



H



O



C COO H + (n - 1)H2O



xúc tác



H



H

n



Lactic acid



Polylactic acid



Hình 2.7: Phương trình điều chế PLA bằng phương pháp polymer hóa trực tiếp [7].

 Phương pháp trùng hợp mở vòng (ROP):



Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Phản ứng trùng hợp

mở vòng của lactide với các chất xúc tác kim loại trong dung dịch alcohol ở điều kiện



nhiệt độ cao và áp suất thấp, bao gồm 2 giai đoạn: đầu tiên monomer lactic acid được

trùng ngưng để tạo thành oligomer, sau đó oligomer trải qua q trình đề polymer hóa

đồng thời tạo thành polylactic acid.

CH3

2 HO



H3C



O



O



CH3



tạo vòng



trùng hợp mở vòng



-H2O



xúc tác



C COOH



O C COO



H



O



O



CH3



H

n



Lactic acid



Lactide



Polylactic acid



Hình 2.8: Phương trình điều chế PLA bằng phương pháp trùng hợp mở vòng (ROP)

[7].

 Các phương pháp khác:



Ngoài hai phương pháp kể trên, hiện nay các nhà khoa học đã tìm ra thêm được

hai phương pháp khác để tạo ra PLA. Một trong số hai phương pháp là thực hiện phản

ứng tạo PLA với các chất xúc tác không độc hại như các chất xúc tác có nguồn gốc từ

magnesium, calcium, kẽm, kim loại kiềm, nhơm. Phương pháp còn lại chính là phát

triển một loại vi sinh vật sản xuất ra PLA, sử dụng các enzyme để trùng hợp ra PLA.

Cả hai phương án này đều giúp cải thiện việc ô nhiễm môi trường, độc hại do quá trình

sản xuất gây ra. Tuy nhiên các phương pháp này vẫn chưa được đưa vào sản xuất thực

tế trong công nghiệp. Các nhà khoa học vẫn đang trong q trình phát triển và hồn

thiện hai phương pháp này [7].

2.1.3.



Tính chất của nhựa PLA



Nhựa PLA nói chung, ở nhiệt độ phòng, có nhiệt độ hóa thủy tinh T g và nhiệt độ

nóng chảy Tm tương ứng ở khoảng 55°C và 175°C. PLA có chu kỳ bán hủy trong môi

trường từ 6 tháng đến 2 năm, tùy thuộc vào tỉ số đồng phân, nhiệt độ, kích thước và



hình dáng của vật phẩm. Độ bền kéo của chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào việc hóa

dẻo, định hướng và độ kết tinh khi gia công. Đối với PDLA, PLLA, PDLLA, chúng

đều hòa tan trong các dung mơi thơng dụng như benzene, chloroform, dioxane... và

phân hủy bằng phản ứng thủy phân liên kết ester. Bảng dưới đây cho biết một số tính

chất cơ bản của PDLA, PLLA, PDLLA [2].

Bảng 2.1: Một số tính chất vật lý và hóa học của PDLA, PLLA, PDLLA [7]

Tính chất



Dung mơi hòa tan



Cấu trúc tinh thể

Nhiệt độ nóng chảy

Tm (°C)

Nhiệt độ hóa thủy

tinh Tg (°C)

Nhiệt độ phân hủy

(°C)

Độ giãn dài (%)

Chu kỳ bán hủy ở

37°C trong mơi

trường nước muối

thơng thường

(tháng)



PDLA



PLLA



PDLLA



Tất cả đều hòa tan trong benzene, chloroform, acetonitrile,

tetrahydrofuran (THF), dioxane..., nhưng khơng hòa tan

trong ethanol, methanol và các hydrocarbon béo

Tinh thể



Bán kết tinh



Vô định hình



~ 180



~ 180



Có thể thay đổi



50 – 60



55 – 60



Có thể thay đổi



~ 200



~ 200



185 – 200



20 – 30



20 – 30



Có thể thay đổi



4–6



4–6



2–3



 Ưu nhược điểm của nhựa PLA:

-



Ưu điểm: PLA có khả năng phân hủy sinh học cao, thời gian phân hủy ngắn, không độc



-



hại với cơ thể con người, giá thành rẻ hơn các loại nhựa phân hủy sinh học khác.

Nhược điểm: Còn nhiều hạn chế về tính chất như nhiệt độ hóa thủy tinh T g thấp dẫn

đến khả năng ổn định thấp, PLA dễ bị thủy phân, tốc độ phân hủy thấp.. Bên cạnh đó,

việc sản xuất PLA ở quy mơ cơng nghiệp còn khá tốn kém do đòi hỏi quy trình cơng

nghệ cao, điều đó khiến sản phẩm làm ra có giá thành cao hơn các loại nhựa có nguồn

gốc từ dầu mỏ như PP, PVC, PET... [2].

2.1.4. Ứng dụng của nhựa PLA

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, PLA vẫn còn nhiều nhược điểm về tính chất

khiến khó gia cơng, hạn chế về mặt sản phẩm ứng dụng của PLA. Để có thể gia cơng

dễ dàng hơn, người ta sẽ biến tính PLA như các loại polymer khác trên thị trường,

nhằm tăng các tính chất, đáp ứng cho các nhu cầu cụ thể của từng loại sản phẩm. Một

số ứng dụng thường gặp của PLA như:



-



Lĩnh vực y sinh: kỹ thuật mô, kỹ thuật dẫn truyền thuốc, cấy ghép, chế tạo các thiết bị



-



y tế...

Lĩnh vực bao bì: sản xuất màng phin mỏng đóng gói thực phẩm, túi xách trong siêu thị,



-



túi nilong, bao bì bảo quản thực phẩm...

Lĩnh vực đồ gia dụng: chén, dĩa, khay nhựa, hộp đựng thức ăn, ly sử dụng một lần,



-



muỗng, nĩa...

Lĩnh vực điện tử: ứng dụng vật liệu composite nền PLA làm vỏ máy nghe nhạc, vỏ



-



điện thoại, thiết bị chống cháy trong nhà...

Lĩnh vực ô tô vận tải: ứng dụng vật liệu composite nền PLA để sản xuất lốp xe, ghế



-



ngồi, tay cầm, vòm xe, tấm trải sàn...

Lĩnh vực nông nghiệp: màng phủ, chậu cây ... [7].

2.2. Nguyên liệu phụ: Tinh bột sắn

2.2.1. Giới thiệu về tinh bột sắn



Hình 2.9: Tinh bột sắn.

Tinh bột là một polysaccharide carbohydrate với cơng thức hóa học là

(C6H10O5)n, bao gồm amylose và amylopectin theo tỷ lệ phần trăm. Tỷ lệ này thay đổi

tùy thuộc vào từng loại tinh bột, thường là từ 20:80 đến 30:70. Đây là thành phần quan

trọng nhất và quyết định giá trị của các loại củ, quả. Trong đó, tinh bột được tách từ sắn

hay còn gọi là khoai mì là loại tinh bột chính được dùng nhiều trong cơng nghiệp.

Tinh bột sắn có dạng bột màu trắng, không mùi, không vị. Các hạt tinh bột nhìn

dưới kính hiển vi có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ, có kích thước thường

nằm trong khoảng 5 – 40 µm. Tỷ lệ amylose : amylopectin trong tinh bột sắn khá cao

(80:20) nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thối hóa thấp.

Trong q trình sản xuất chén nhựa phân hủy sinh học, tinh bột sắn được thêm vào

trong nguyên liệu sản xuất nhằm tăng khả năng tự phân hủy, tạo màu trắng cho sản

phẩm đồng thời giúp hạ giá thành sản phẩm [6].



2.2.2.



Phương pháp sản xuất tinh bột



Quy trình sản xuất tinh bột sắn từ sắn tươi cũng như máy móc thiết bị dùng để

sản xuất đều tương đối đơn giản và khá phổ biến.

Sắn tươi



Ngâm, rửa, bóc

vỏ

Mài xát



Rây, lọc



Tách rửa



Sấy



Tinh bột



Hình 2.10: Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn từ sắn tươi [6].



2.2.3.



Tính chất của tinh bột sắn



Tinh bột sắn có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu

trúc tinh thể yếu. Vì vậy nó dễ bị phân hủy bởi các tác nhân như acid, enzyme... Việc

xử lý tinh bột bằng các tác nhân hóa học hay tác nhân vật lý, cũng như sự có mặt của

các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến tính chất

của tinh bột sắn.

Một trong những tính chất quan trọng và nổi bật nhất của tinh bột sắn chính là

độ nhớt. Tinh bột sắn có độ nhớt rất cao, thể hiện ở lực liên kết yếu giữa các phân tử

tinh bột trong cấu trúc hạt. Ngoài ra, độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là một tính

chất quan trọng. Tính chất này của tinh bột sắn phụ thuộc rất nhiều vào giống sắn, điều

kiện môi trường sống và thời điểm thu hoạch [6].

2.2.4.



Ứng dụng của tinh bột sắn



Tinh bột sắn chủ yếu ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm như

dùng để làm các loại bánh kẹo, bánh tráng, phụ gia cho các loại nước sốt, làm thức ăn

chăn nuôi... Trong ngành công nghiệp giấy, tinh bột sắn được dùng để sản xuất giấy gói

bánh kẹo, phụ gia trong ngành dệt, giấy... Bên cạnh đó, tinh bột còn được dùng để sản

xuất keo dán, phụ gia cho ngành dược ...



Hình 2.11: Ứng dụng của tinh bột sắn.



Đối với các sản phẩm phân hủy sinh học, tinh bột có vai trò thúc đẩy quá trình

tự phân hủy của sản phẩm, tạo màu trắng đục cho các sản phẩm có yêu cầu về màu,

đồng thời giúp hạ giá thành sản phẩm [6].

2.3. Đơn pha chế

2.3.1. Các nguyên tắc và yếu tố thiết lập đơn pha chế

 Dựa vào yêu cầu của sản phẩm:



Điều cần quan tâm đến đầu tiên khi thiết lập đơn pha chế chính là những tính

chất, thơng số, đặc tính của sản phẩm. Đơn pha chế cần phù hợp với các thông số kỹ

thuật tiêu chuẩn của sản phẩm để đảm bảo chất lượng, hình dáng, màu sắc của sản

phẩm [8].

Đối với ly nhựa phân hủy sinh học, ly được thiết kế với dạng hình trụ, nhỏ dần

về phía đáy ly. Ly nhựa khơng màu, trong suốt, thích hợp cho việc thiết kế, in ấn, trang

trí lên thành ly. Phần miệng ly có vành, phù hợp cho cả dùng màng ép và dùng nắp rời

dạng cầu. Còn đối với chén nhựa phân hủy sinh học sẽ được thiết kế với dạng hình bán

cầu, màu trắng đục. Phần thành chén trơn, phù hợp cho việc trang trí hay in ấn lên

chén. Các thông số chi tiết của ly và chén nhựa được ghi ở bảng bên dưới.



Bảng 2.2: Thông số thiết kế ly nhựa phân hủy sinh học [13]

Thơng số



Ly



Dung tích



360ml



500ml



700ml



Đường kính miệng



9,5cm



9,5cm



9,5cm



Đường kính đáy



5cm



5,5cm



6,2cm



Chiều cao



10cm



13cm



15,5cm



Trọng lượng



7g



8g



10g



Chất liệu



PLA



Màu sắc



Trong suốt



Ngoại quan



-



Khơng trầy xước

Khơng cong vênh

Khơng co rút

Khơng dính bẩn



Bavia



Phải cắt gọt gọn gàng ở phần miệng ly



Đơn vị



cái



Quy cách đóng gói



1000 cái/thùng



Bảng 2.3: Thông số thiết kế chén nhựa phân hủy sinh học [13]



Thơng số



Chén



Dung tích



300mL



650mL



Đường kính miệng



12cm



14 cm



Đường kính đáy



6,5 cm



90 cm



Chiều cao



5cm



7 cm



Trọng lượng



12g



20g



Chất liệu



PLA



Màu sắc



Trắng đục



Ngoại quan



-



Không trầy xước

Không cong vênh

Khơng co rút

Khơng dính bẩn



Bavia



Phải cắt gọt gọn gàng ở phần miệng chén



Đơn vị



cái



Quy cách đóng gói



600 cái/thùng



Ly và chén nhựa phân hủy sinh học đều được sử dụng một lần, không tái sử

dụng nhiều lần. Cả hai sản phẩm chủ yếu được sử dụng nhiều ở các tiệm cafe, trà sữa,

các quán ăn, dùng ở những nơi tổ chức hội nghị, sự kiện lớn... Tương tự các loại khác

được làm từ nhựa PP, PET ..., ly, chén nhựa phân hủy sinh học cũng khá đa dạng về

mẫu mã, kích thước, đồng thời cũng có khả năng chịu áp suất, khả năng chịu nhiệt,

chịu lực... khác nhau. Ly, chén nhựa tự phân hủy có những tính chất giống với loại ly,

chén truyền thống nhưng có ưu điểm vượt trội là khả năng tự phân hủy sinh học trong

môi trường tự nhiên, giúp giảm thiểu lượng rác thải ra môi trường.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×