thiet ke biet thu-- thiet ke nha-- blackberry-- thiet ke nha ong

neo

Sắn lát Việt Nam – San lat Viet Nam – Viet Nam Tapioca

Sản xuất plastics từ tinh bột sắn.

Trước đây, tinh bột sắn  được ứng dụng chính trong ngành thực phẩm như phở, pasta, bánh mỳ, và các sản phẩm bánh kẹo khác. Tinh bột sắn được biết đến là một thành phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều ứng dụng khác từ tinh bột. Một vài ứng dụng tiêu biểu như tinh bột được dùng để làm chất độn và keo dính trong công nghiệp giấy và thùng các- tông, làm chất kết dính các sợi tơ trong công nghiệp may mặc, làm vỏ thuốc đối với thuốc con nhông (kháng sinh) và chất thúc đẩy sự tan rã trong môi trường nước với thuốc viên nén (decolgen)…. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, rất nhiều thành tựu về ứng dụng tinh bột sắn không thể hiện thực hóa nay đều đã được khám phá và sử dụng. Chúng ta đã nghe tới xe chạy bằng nhiên liệu chế biến từ tinh bột sắn (gasohol), Gel siêu thấm từ tinh bột, thậm chí nhựa (plastic) chế biến từ tinh bột.

Với nhiều người thì việc tưởng tượng tinh bột thành nhựa là dường như không thể, vậy quá trình này xảy ra như thế nào?

Tóm tắt

Nghiên cứu về tinh bột để chế tạo ra nhựa tự hủy được bắt đầu từ những năm 1970. Lúc đầu những nghiên cứu này không thu hút hiều sự quan tâm, nhưng về sau do những vấn đề về môi trường, biến đổi khí hậu và nguồn nguyên liệu thô giới hạn nên thế giới đã đổ xô nghiên cứu nguồn nguyên liệu mới này để thay thế các nguyên liệu truyền thống trước đó. Để thúc đẩy quá trình nghiên cứu, cả những phát minh về công nghệ và các kế hoạch marketing rầm rộ được xúc tiến. Nhờ đó đã tạo ra được ý thức cho người dân, đặc biệt là người tiêu dùng khi họ chấp nhận mua nguyên liệu mới thay cho nguyên liệu truyền thống trong khi những nguyên liệu mới này có giá thành cao hơn rất nhiều. Nhựa tự hủy là một loại vật liệu mới được phát triển để dùng như những miếng nhựa truyền thống nhưng lại có cấu trúc phân tử có thể bị phân hủy bởi các hoạt động của các enzyme  tiết ra từ các nhóm vi khuẩn có sẵn trong môi trường tự nhiên.

 Nếu những nguyên liệu này được phân hủy trong môi trường thích hợp ví dụ như nhà máy phân hủy thì chúng có thể phân hủy thành CO2,nước và các chất vi sinh mà không gây ra bất cứ tác nhân độc hại nào tới môi trường xung quanh. Mặc dầu nhựa tự hủy có thể được sản xuất từ các nguồn dầu khí nhưng hầu hết các nghiên cứu lại được tập trung vào các nguyên liệu sinh học để đề phòng vấn đề cạn kiệt nguồn nguyên liệu trong tương lai và làm cho môi trường xung quanh được sạch hơn. Trong tất cả các nguồn nguyên liệu sinh học thì tinh bột được hứa hẹn sẽ đưa ra tương lai khả quan nhất vì số lượng rất lớn và chi phí thấp cũng như khả năng tự phân hủy của nó trong môi trường.

Sản xuất nhựa tự hủy từ tinh bột.

Hạt tinh bột có chứa 2 loại polymer đường tồn tại dưới dạng bán tinh thể. Cấu trúc hạt tinh bột khá bền, và có thể bị phân hủy ở nhiệt độ 2200C (Shogren, 1993). Cách tiếp cận về khả năng của tinh bột trong việc sản xuất nhựa tự hủy sẽ được tiến hành theo các cách sau:

1. Tinh bột là chất độn của nhựa tự hủy.

Hạt tinh bột có thể trộn trực tiếp với polymer nóng chảy ở nhiệt độ – áp suất cao trong khi cấu trúc của hạt vẫn  không thay đổi, nhờ vậy hạt tinh bột sẽ kết dính trong chuỗi polymer  (hình 1). Theo cách này, một lượng tinh bột đã được trộn lẫn trong phân tử polymer nhựa; ứng dụng trong ngành sản xuất phim: 10% tinh bột đã được kết dính vào một thước phim (nhựa) (Griffin, 1994). 

Ban đầu thì hạt tinh bột không kết dính vơi nhựa, tuy nhiên khả năng trộn lẫn lại tùy thuộc vào cấu trúc loại tinh bột được dùng trong hỗn hợp. Vì cấu tạo tinh bột và nhựa là hai loại hydro khác nhau (hydrophilic và hydrophobic) nên chúng không thể liên kết với nhau một cách dễ  dàng, do vậy khi kết dính sẽ tạo ra một hỗn hợp nhựa không đồng nhất. Để khắc phục vấn đề này thì trước tiên tinh bột phải được biến đổi (bằng hóa chất) thành hydrophobic. Tinh bột biến tính hydrophobic có thể hòa lẫn với nhựa trong quá trình trộn những thước phim. Một lưu ý nữa, trong công nghiệp làm phim thì độ mỏng của phim không thể mỏng hơn kích thước của hạt tinh bột, do vậy vẫn còn những hạn chế nhất định.

2. Vật liệu TPS (Thermoplastic Starch) hay vật liệu nhiệt dẻo


Vật liệu TPS là loại polymer nhựa có thể biến đổi thành dạng mềm hoặc chảy dưới nhiệt độ – áp suất cao hoặc dạng cứng khi bị đông lạnh. Hầu hết các loại nhựa hiện nay đều dưới dạng TPS, do vậy chúng có thể được chế tạo thành phim, hộp chứa hoặc bất cứ vật nào có hình dạng xác định. Trong tự nhiên, tinh bột không phải là vật liệu nhiệt dẻo, phân tử bán tinh thể trong hạt tinh bột tự động được biến đổi thành các tổ chức liên phân tử bậc cao tạo thành các cấu trúc tinh thể bền. Kết quả là, nhiệt độ nóng chảy của tinh bột cao hơn nhiệt độ phân hủy của nó, do vậy, quá trình phân hủy sẽ diễn ra trước quá trình nóng chảy nếu ta nung tinh bột. Tuy nhiên nhờ sự tham gia của các phụ gia, cấu trúc tinh thể của hạt tinh bột có thể bị phá vỡ và hạt tinh bột có thể tan chảy ở nhiệt độ rất thấp và tạo ra vật liệu mới có tên vật liệu nhiệt dẻo hay TPS. Khi nung, viên nhựa nhiệt dẻo (TPS) sẽ bị nóng chảy và có thể chế tạo ra bất kỳ đồ vật mong muốn nào nhờ vào máy móc phù hợp kết hợp các công cụ tham gia trong quá trình làm nhựa như máy độn, máy khuôn, máy thổi màng….

 

 

Mặc dầu nước có tác dụng làm dẻo tinh bột nhưng lại không thích hợp trong việc làm dẻo các sản phẩm từ TPS. Khi thấm nước TPS sẽ giòn hơn và bị nứt rời. Glycerol là chất làm dẻo TPS thông dụng nhất. Không giống hạt tinh bột, viên TPS có thể dùng làm thành phần chính trong cấu trúc nhựa bởi vì TPS có thể tan chảy và chế tạo ra các hình dạng khác nhau. Tuy nhiên, TPS có hai nhược điểm chính: nó rất nhạy cảm với nước và tính cơ động thấp. Hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực này đều tập trung vượt qua hai giới hạn này. Và cách tiếp cận thông dụng nhất để cải tiến TPS là thay đổi cấu trúc của hạt tinh bột bằng tác dụng của hóa chất (tinh bột biến tính) và TPS thành phẩm từ tinh bột biến tính sẽ khắc phục được phần lớn nhược điểm trên. Các nhà máy tiêu biểu trong việc sử dụng nhựa từ tinh bột là Novamont (Ý), Biotec (Đức) và Rodenburg (Hà Lan)…

3. Xốp tinh bột.

Xốp thông thường – xốp polystyrene dùng để sản xuất xốp (vật liệu để lấp đầy các không gian thừa xung quanh sản phẩm trong hộp), kệ xốp và các vật liệu xốp khác. Để trở thành vật liệu tự phân hủy, quy trình sản xuất ra xốp tinh bột chỉ dùng nước trong quá trình thổi để tạo ra cấu trúc lỗ trong miếng xốp. Xốp tinh bột không thấm nước và có nhiều đặc điểm trội hơn so với xốp polystyrene. Trôn tinh bột dùng chế tạo xốp với các polymer khác như cồn polyvinyl, polycaprolactone và axit polyactic là cách thông dụng để nâng cao các đặc tính của xốp tinh bột.

 

Xốp tinh bột (hình 3) là một trong những sản phẩm tự hủy đầu tiên được người tiêu dùng nhiệt liệt ủng hộ và chiếm được thị trường ổn định trong nhiều năm. Theo báo cáo của Messias de Braganca and Flower thì chỉ tính riêng thị trường Mỹ đã có 25% xốp polystyrene đã được thay thế bởi xốp chế tạo từ tinh bột (2004) trong khi nước Anh có 20% thị phần xốp là xốp tinh bột. Tỷ lệ này đang tăng trưởng ổn đinh vì chất lượng của xốp tinh bột ngày càng được cải thiện. Những công ty chính sản xuất ra xốp tinh bột đó là ECO – FOAM thuộc National Starch and Chemical (USA), Green Cell Foam thuộc KTM industries, Inc. (USA) và EcoFlo thuộc Green Light Product  Ltd (UK).

4. Ứng dụng acid lactic từ tinh bột trong quá trình lên men.

Là một polymer đường tinh khiết có khả năng tái sử dụng, tinh bột được sử dụng như một nguyên liệu chính cho sản xuất các sản phẩm công nghiệp như alcohol, aldehydes, esters và acid từ rất lâu đời. Trong các sản phẩm này, acid lactic thu hút được nhiều sự chú ý trong vai trò là nguyên liệu cơ bản giúp phát triển thành công nhựa tự phân hủy. Acid lactic là một hợp chất dùng cho sản xuất acid polylactic (PLA) một sản phẩm có nhiều tiềm năng ứng dụng trong sản xuất công nghiệp. Trong thập kỷ trước, rất nhiều công trình nghiên cứu khoa học trong lý thuyết lẫn thực tiễn nhằm thúc đẩy sự phát triển của acid polylactic nhất là các đặc tính về polymer của chất này. Một quy trình hoàn hảo để sản xuất ra PLA đã hình thành và nhà máy sản xuất PLA lớn nhất thế giới NatureWorks (USD) LLC dung tinh bột để sản xuất PLA. PLA là nhựa tự phân hủy có nhiều dặc tính giống với nhựa truyền thống, nó được sử dụng nhiều sản phẩm quen thuộc như: túi đựng rau quả, túi thực phẩm dùng một lần, hộp đựng phim, đồ chơi, các đồ dùng gia đình và cả một số vật dụng trang trí xe hơi. Với sự phát triển của công nghệ, PLA là một vật liệu quan trong trong việc thay thế các vật liệu không phan hủy trong tương lai. Điều này hứa hẹn nhu cầu PLA sẽ tăng cao và nhu cầu cho nguyên liệu sản xuất – tinh bột cũng sẽ tăng theo.

Theo TTTA

Share on Facebook