Tải bản đầy đủ

Polylactic Acid và ứng dụng

Quy trình sản xuất sợi carbon

Khoa công nghệ hóa học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------

BÀI TIỂU LUẬN

TÌM HIỂU VỀ POLYMER SINH HỌC
POLYLACTIC ACID VÀ ỨNG DỤNG

Học viên thực hiện
Lớp
Môn học
Giảng viên phụ trách lớp

: Bùi Minh Đức
: KTHH-K35
: Polymer Sinh Học

: TS. Dương Thế Hy

Quảng Ngãi 05/2018

Học viên: Bùi Minh Đức
Trang 1


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DẠNH MỤC HÌNH

2


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

1. GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu chung
Sự phát triển kinh tế và xã hội đã thúc đẩy sự phát triển về khoa học và kỹ thuật
trong đó có việc khám phá, phát triển và sử dụng các polymer. Sự phụ thuộc rộng rãi
trong cuộc sống hàng ngày trên các vật liệu polymer thông thường như polyolefin đã
dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng mà khó có thể giải quyết về vấn đề môi trường. Để bền
vững và phát triển nền kinh tế xanh phải yêu cầu những vật liệu hoàn toàn mới có thể
tránh được sự xuất hiện của những vấn đề này.
Polylactic acid (PLA), một loại nhựa có ưu thế vượt trội so với các loại polymer
khác và nó có thể dùng thay các vật liệu gây ô nhiễm môi trường hiện tại. Ngay từ
những năm 1970, các sản phẩm PLA đã được Cơ Quan Quản Lý Thực Phẩm và Dược
Phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận để tiếp xúc trực tiếp với dung dịch sinh học. Bốn lợi
thế hấp dẫn nhất của nó là khả năng tái tạo, khả năng tương thích sinh học, khả năng
xử lý và tiết kiệm năng lượng. Trước hết, PLA có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên
tái tạo và phân hủy như ngô và gạo, có thể giúp giảm bớt khủng hoảng năng lượng
cũng như giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch của xã hội chúng ta. PLA và các
sản phẩm phân hủy của nó cụ thể là H 2O và CO2 không độc và cũng không gây ung
thư cho cơ thể con người, do đó làm cho nó trở thành một vật liệu tuyệt vời cho các
ứng dụng y sinh bao gồm chỉ khâu, trong dược phẩm. Ngoài ra PLA có thể được xử lý


bằng cách đúc phim, ép đùn, đúc thổi và kéo sợi nhờ khả năng xử lý nhiệt lớn hơn so
với các vật liệu sinh học khác như poly ethylene glycol (PEG), poly
(hydroxyalkanoates) (PHA) và poly (-caprolactone) (PCL). Những tính chất nhiệt này
góp phần vào việc ứng dụng PLA trong công nghiệp trong các lĩnh vực như dệt may và
bao bì thực phẩm. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, sản lượng PLA tiêu
thụ ít hơn 25-55% năng lượng hóa thạch so với các polyme dựa trên dầu mỏ.
Hiện nay trên thế giới đang nhắm mục tiêu giảm tiêu thụ năng lượng hóa thạch
hơn 90% so với bất kỳ loại polymer nào có nguồn gốc từ dầu mỏ trong tương lai gần,
điều này chắc chắn cũng sẽ làm giảm đáng kể lượng phát thải ô nhiễm không khí và
nước. Đặc biệt, PLA rất thân thiện với môi trường bởi khả năng phân hủy sinh học cao
(phân hủy hoàn toàn từ 90 đến 180 ngày, tùy theo điều kiện phân hủy sinh học). Chính
vì vậy, trong mười năm trở lại đây, PLA được tập trung nghiên cứu và đưa vào sử dụng
rộng rãi trên thị trường, thay thế cho những sản phẩm polymers có nguồn gốc dầu mỏ
không phân hủy sinh học.
1.2. Tính chất hóa lý của PLA
− Poly (lacticd acid) PLA có công thức hóa học là (C3H4O2)n
− PLA thuộc nhóm poly (α-hydroxy ester), được điều chế từ nguồn nguyên liệu
có nguồn gốc tự nhiên là tinh bột (đa phần từ tinh bột bắp).
− PLA có tính chất hóa lý gần giống như poly (ethylên terephtalat) (PET) được
tổng hợp từ nguyên liệu hóa thạch như độ cứng cao, modun đàn hồi cao, độ bền kéo
đứt lớn, nhưng khác với các vật liệu polymers có nguồn gốc dầu mỏ là PLA có khả
năng phân hủy sinh học cao nên thân thiện với môi trường.

Học viên: Bùi Minh Đức

Trang 3


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

Hình 1.1.1.1...1: Công thức cấu tạo của PLA

Từ hai loại đồng phân của Lactic acid trong Hình 1.2 là D-Lactic và L-Lactic có
thể điều chế được ba dạng đông phân hình học của Lactide, từ đó thông qua phản ứng
polymer hóa mở vòng, tạo ra ba dạng PLA với tính chất hóa lý được trình bày trong
bảng 1.1: Poly (D-Lactic acid) (PDLA), poly (L-Lactic acid) (PLLA), poly (D,LLactic acid) (PDLLA). Quá trình tạo thành Lacticde là một trong những giai đoạn
quan trọng nhất bởi độ tinh khiết quang học của Lactide có ảnh hưởng trực tiếp đến
sản phẩm PLA. Trên thị trường hiện nay, PLA thương mại là sản phẩm blend của
PLLA và PDLLA được tổng hợp dựa trên phản ứng polymers hóa giữa DLLA và LLA.
Trong đó tỉ lệ phần trăm của PLLA trong hỗn hợp “blended” sẽ ảnh hưởng đến nhiệt
độ chuyển thủy tinh Tg và nhiệt độ nóng chảy Tm của PLA thương mại.

Hình 1.1.1.1...2: Hai dạng đồng phân monomer của Lactic acid để tổng hợp PLA
Bảng 1.2.1.1...1.1: Tính chất hóa lý cơ bản của 3 dạng PLA

Tính chất
Khả năng hòa tan
Cấu trúc tinh thể
Nhiệt độ nóng chảy (Tm)
(oC)
Nhiệt độ chuyển thủy tinh
( TR) (oC)
Nhiệt độ phân hủy (oC)
Độ dãn dài (%)
Thời gian bán hủy 37oC
trong dung dịch nước
muối thường (tháng)

PDLA
PLLA
PDLLA
Không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu
cơ như benzene, chloroform, acetonitril, tetrahydrofuran
(THF), dioxane…
Kết tinh
Bán kết tinh
Vô định hình
⁓ 180

⁓ 180

Có thể thay đổi

50-60

55-60

Có thể thay đổi

⁓ 200
<10

⁓ 200

185-200
Có thể thay đổi

4-6

4-6

2-3

2. QUY TRÌNH TỔNG HỢP PLA

Học viên: Bùi Minh Đức

Trang 4


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

PLA có thể được tổng hợp từ ba phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu bằng
phương pháp polymers hóa trực tiếp và phương pháp “cationic ring opening
polymersization”.
2.1. Phương pháp polymers hóa trực tiếp
PLA chủ yếu được tổng hợp bằng phương pháp polymer hóa Lactic acid thành
PLA có khối lượng phân tử thấp (vài nghìn đến vài chụp nghìn đvC) sau đó tăng phân
tử khối bằng các tác nhân kéo dài mạch cho đến khối lượng phân tử mong muốn.
Phương trình polymer hóa bằng phương pháp trực tiếp thể hiện trong hình sau.

1

Phương trình điều chế PLA bằng phương pháp polymer hóa trực tiếp

Polyme hóa trực tiếp bao gồm tạo dung dịch và làm tan polycondensation, tùy
thuộc vào việc một dung môi được sử dụng trong phản ứng để hòa tan PLA
2.1.1. Phương pháp hòa tan polycondensation
Trong trường hợp này dung môi hữu cơ có khả năng hòa tan PLA mà không ảnh
hưởng đến phản ứng được thêm vào và hỗn hợp được hồi lưu bằng cách loại bỏ nước
tạo ra trong quá trình polycondensation, có lợi để đạt được trọng lượng phân tử cao.
Phương pháp này mang lại PLA với trọng lượng phân tử trọng lượng trung bình (Mw)
trên 200.000. Sau đó nó có thể được kết hợp với isocyanates, epoxit hoặc peroxit để
tạo ra một loạt các phân tử cần thiết. Phản ứng diễn ra suôn sẻ, tuy nhiên quá trình
trùng hợp dung dịch bị một số nhược điểm như dễ bị tạp chất từ dung môi và các phản
ứng phụ khác nhau bao gồm cả quá trình racem hóa và quá trình este hóa. Nó cũng
tiêu thụ một lượng lớn dung môi hữu cơ, là những chất gây ô nhiễm tiềm ẩn cho môi
trường.
Trong điều kiện tối ưu, Ajioka et al. thu được PLA với Mw> 300.000 theo
phương pháp này (Ajioka và cộng sự, 1995). Dữ liệu đặc trưng cho thấy nhiệt độ
chuyển tiếp thủy tinh (Tg) của PLA và polylactide tổng hợp bởi quá trình lactide thông
thường về cơ bản giống nhau (Tg = 58 ° C và 59 ° C), nhưng PLA có điểm nóng chảy
thấp hơn (Tm = 163) ° C) so với polylactit (Tm = 178 ° C). Các tính chất cơ học của
hai polyme cũng rất giống nhau.
2.1.2. Phương pháp nóng chảy polycondensation
Ngược lại với phương pháp hòa tan polycondensation, polycondensation nóng
chảy của monome có thể tiến hành mà không có bất kỳ dung môi hữu cơ nào, nhưng
chỉ khi nhiệt độ của phản ứng vẫn còn phía trên Tm của polymer. Moon et al. phát hiện
ra rằng Mw PLLA cao [Mw ≥ 100.000] có thể được sản xuất theo cách này trong một
thời gian phản ứng tương đối ngắn (≤ 15 h). Phương pháp này có thể làm giảm chi phí
tổng hợp đáng kể do quy trình đơn giản, nhưng các vấn đề chính vẫn cần phải được
giải quyết trước khi nó có thể được áp dụng công nghiệp do sự nhạy cảm với điều kiện
phản ứng. Vì vậy, Moon et al. đã làm việc để phát triển một kỹ thuật polycondensation
nóng chảy/rắn bằng cách sử dụng một hệ thống chất xúc tác nhị phân (thiếc dichloride
Học viên: Bùi Minh Đức

Trang 5


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

hydrate và axit p-toluenesulfonic). Đơn giản chỉ cần đặt oligocondensates nhiệt của
LA lần đầu tiên, polycondensation bị tan chảy để có được một polycondensate tan
chảy mà sau đó polycondensation kết tinh ở trạng thái rắn ở 105 ° C. Kết quả là trọng
lượng phân tử của PLA cao tới 600.000 sau một thời gian phản ứng ngắn trong điều
kiện tối ưu.
Tóm lại, các quá trình trùng hợp một bước này tương đối tiết kiệm và dễ kiểm
soát, nhưng chúng là các phản ứng cân bằng bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số như
nhiệt độ, thời gian phản ứng, chất xúc tác, áp suất, vv. Những yếu tố này có thể ảnh
hưởng mạnh đến trọng lượng phân tử của các sản phẩm thu được. Bên cạnh đó, nước
tạo ra trong quá trình này có thể gây ra phân tử PLA trọng lượng phân tử cao để phá
vỡ ở nhiệt độ phản ứng cao. Do đó, polyme do các phản ứng này thường có không cân
xứng thấp trọng lượng phân tử. Chú ý phải được trả cho ba khía cạnh của phản ứng để
có được trọng lượng phân tử cao cụ thể là kiểm soát động học phản ứng, loại bỏ các
nước hình thành và ngăn chặn sự suy thoái của các chuỗi PLA.
2.2. Phương pháp mở vòng “cationic ring opening polymersization” (ROP)
Phản ứng tạo Lacticde trải qua hai giai đoạn. Đầu tiên monome Lactic acid được
trùng ngưng để tạo thành oligome. Sau đó oligome trải qua quá trình đề polymer hóa
đồng thời vòng hóa tạo thành Lactide. Phương pháp ROP sử dụng antimony, zine (II),
titanium (IV), tin (II) 2-ethylhexanoate (Sn(Otc)2) và một số chất xúc tác hữu cơ như
4-(dimethylamino)pyridine (DMAP), N-Heterocylic carbene (NHC) làm xúc tác trong
dung dịch alcohol ở điều kiện nhiệt độ cao và áp suất thấp được trình bày ở hình 2.2

Hình 1.1.1.1...3: Phương pháp ROP để diều chế PLA

Xem xét những hạn chế của trùng hợp trực tiếp, PLA thường được tổng hợp bằng
cách trùng hợp vòng (ROP), một phương pháp quan trọng và hiệu quả để sản xuất
PLA trọng lượng phân tử cao. Phản ứng này đòi hỏi độ tinh khiết nghiêm ngặt của
lactide monomer, thu được bằng cách dimerization monome axit lactic. PLA thu được
bằng cách sử dụng chất xúc tác với monomer dưới chân không hoặc khí trơ. Bằng cách
kiểm soát thời gian cư trú và nhiệt độ kết hợp với loại chất xúc tác và nồng độ, có thể
kiểm soát tỷ lệ và trình tự của các đơn vị axit D- và L-lactic (LA) trong polyme cuối
cùng. Cơ chế trùng hợp liên quan có thể là ion, phối hợp hoặc gốc tự do, tùy thuộc vào
loại chất xúc tác được sử dụng. Hầu hết các nhà nghiên cứu đang khám phá các chất
xúc tác mới và hiệu quả.
2.3. Các phương pháp và hướng nghiên cứu mới để sản xuất PLA
Những nhược điểm vốn có của phương pháp tổng hợp truyền thống đã dẫn đến
một số các nhà nghiên cứu khám phá các giải pháp như phát triển các chất xúc tác
không độc hại, bất thường điều kiện trùng hợp, hoặc các con đường trùng hợp khác.
Để giải quyết các vấn đề ô nhiễm tiềm tàng gây ra bởi các chất xúc tác kim loại nặng,
nhiều chất độc hại chất xúc tác có nguồn gốc từ magiê, canxi, kẽm, kim loại kiềm và
Học viên: Bùi Minh Đức

Trang 6


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

nhôm đã được phát triển cho ROP của lactid. Ví dụ, Chen et al đã thử nghiệm một loạt
các phức hợp kẽm d-diketiminate làm chất khởi đầu cho ROP của lactide và chúng đều
hoạt động rất cao, tuy nhiên Mw đạt được là không đạt yêu cầu. Cần lưu ý rằng một
loạt các dẫn xuất đất hiếm thường có tính phản ứng cao, điều này cho phép chúng là
những người khởi xướng rất hứa hẹn cho ROP của lactide. Đối với các điều kiện phản
ứng bất thường, công nghệ CO2 siêu tới hạn (scCO2) có thu hút nhiều sự chú ý bởi vì
thân thiện với môi trường, trơ hóa học, không tốn kém, không độc hại và không dung
môi có thể được thay thế cho các dung môi hữu cơ. Yoda et al do đó tiến hành tổng
hợp
PLLA từ
một
oligomer
acid
L-lactic
trong
scCO2
với
dicyclohexyldimethylcarbodiimide (DCC) như một promoter este hóa và 4dimethylaminopyridine (DMAP) làm chất xúc tác. PLLA có trọng lượng phân tử trung
bình Mn đạt 13.500 được thu được với hiệu suất 95% sau 24 giờ ở nhiệt độ 3500psi và
80 ° C. Sự phân bố trọng lượng phân tử của các sản phẩm cũng hẹp hơn so với PLLA
được điều chế bằng quá trình polyme hóa tan chảy trong điều kiện thông thường.
Không chỉ scCO2 có thể được sử dụng như một phương tiện để tổng hợp các polyme,
nhưng nó cũng có thể phục vụ trong quá trình thanh lọc và xử lý các hạt nhân polymer
thu được.
Việc polycondensation trực tiếp của axit lactic đã được coi là có một tương lai
hứa hẹn do chi phí thấp; tuy nhiên rất khó để tăng trọng lượng phân tử do khó khăn
trong việc loại bỏ nước khỏi hệ thống trong những điều kiện này. Một cách để giải
quyết vấn đề này là một phương pháp mở rộng chuỗi, mặc dù các thuộc tính của PLA
thu được theo cách này có thể bị ảnh hưởng một phần bởi quy trình. Nói một cách đơn
giản, hydroxyl hoặc carboxyl kết thúc với trọng lượng phân tử thấp PLA thu được
bằng cách trùng hợp trực tiếp có thể được liên kết với nhau thông qua một chuỗi mở
rộng, là một hợp chất bifunctional mang các nhóm chức năng phản ứng cao. Nhiều
thành tựu đã được báo cáo trong lĩnh vực này, hexamethylene diisocyanate (HDI) là
chất mở rộng chuỗi được sử dụng rộng rãi nhất cho các chất chuẩn bị kết thúc
hydroxyl kể từ khi công trình được thực hiện bởi Woo và đồng nghiệp năm1995. Việc
tìm kiếm các bộ mở rộng chuỗi mới và đạt yêu cầu sẽ vẫn là một mục tiêu chính trong
tương lai gần, vì HDI là độc và phải chịu phản ứng phụ trong quá trình này. Ngoài ra,
các enzim trùng hợp LA hoạt động trong việc thay thế các chất xúc tác kim loại nên
cho phép sinh tổng hợp PLA, mặc dù nó rất khó khăn cả về mặt nghiên cứu và thực
hiện công nghiệp. Giải pháp tốt nhất có thể là sự phát triển của một vi sinh vật sản xuất
PLA, nhưng điều này chưa được báo cáo cho đến nay. Taguchi et al năm 2008 tuy
nhiên có được kết quả đáng khích lệ bằng cách phát triển một chủng Escherichia coli
tái tổ hợp cho phép tổng hợp các polyeste dựa trên LA bằng cách đưa gen mã hóa
polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase. Điều này được minh họa trong hình 2. Họ đã
đạt được quá trình sinh tổng hợp một bước của chất đồng trùng hợp với 6 mol% lactat
và 94 mol% các đơn vị 3-hydroxybutyrat, có khối lượng phân tử là 1,9× 105. Kết quả
cực kỳ quan trọng này biểu thị một mốc quan trọng đối với sinh học tổng hợp PLA và
xác nhận rằng công việc đang đi đúng hướng. Hiện tại, phần LA trong copolyesters đã
được làm giàu lên đến 96 mol% (Shozui et al., 2011), do đó, sự tổng hợp của
homopolymers của LA đại diện cho một mục tiêu chính. Để đạt được mục tiêu đó, nhà
máy sản xuất tế bào vi sinh vật hiện tại cần được cải thiện với sự phát triển của LApolymerizing enzyme (LPE) và tối ưu hóa dựa trên kỹ thuật trao đổi chất (Taguchi,
2010). Matsumura et al. (Matsumura và cộng sự., 1997) cũng đã báo cáo về lipase PCcatalyzed trùng hợp của chu kỳ diester-D, L-lactide ở nhiệt độ 80-130 ° C để mang lại
Học viên: Bùi Minh Đức

Trang 7


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

poly (axit lactic) với khối lượng phân tử lên đến 12.600. Các phương pháp mới khác
(ví dụ như các chất xúc tác metalfree, các hệ xúc tác không xúc tác) cũng đang được
phát triển (Zhong et al., 2003; Achmad và cộng sự, 2009). Những lợi thế và bất lợi của
các phương pháp tổng hợp PLA được đề cập ở trên được tóm tắt bảng sau.

Hình 1.1.1.1...4: Cơ chế tổng hợp sinh học của polyester LA
Bảng 2.3.1.1...1.1: So sánh các phương pháp tổng hợp PLA

2.4. Ưu và nhược điểm của PLA
Học viên: Bùi Minh Đức

Trang 8


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

2.4.1. Ưu điểm
PLA là loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học cao với thời gian phân hủy
ngắn, vì vậy có thể tiết kiệm được nguồn năng lượng nhất định để xử lý PLA. Đồng
thời loại polymer này có độ tương thích sinh học cao, không độc hại với cơ thể người
nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt là y sinh. Hiện nay PLA đang là
sản phẩm được sản xuất và ứng dụng đại trà trong công nghiệp với giá thành rẻ hơn so
với các loại nhựa phân hủy sinh học khác với độ bền kéo và modum đàn hồi cao
2.4.2. Nhược điểm
PLA có những hạn chế về mặt tính chất như: độ dãn dài (5-7%) nhiệt độ chuyển
thủy tinh thấp Tg (60-68oC) dẫn đến khả năng ổn định thấp, hơn nữa PLA dễ bị thủy
phân, tốc độ phân hủy thấp và để sản xuất PLA trong quy mô công nghiệp dòi hỏi phả
có chi phí cho quy trình công nghệ cao, do đó có giá thành sản phẩm cao hơn so với
các loại nhựa có nguồn gốc từ hóa thạch như PP, PE, PA,…
2. ỨNG DỤNG CỦA PLA
Mặc dù polylactic acid có những ưu điểm phù hợp với xu hướng sử dụng vật liệu
polymers hiện nay, tuy nhiên những yếu điểm như độ bền kéo thấp, khả năng chịu
nhiệt kém, khó gia công đã phần nào hạn chế khả năng ứng dụng của PLA. Cũng như
các loại polymer khác trên thị trường, PLA thường được biến tính trước khi đưa vào
sản xuất nhắm đáp ứng những yêu cầu cụ thể trong từng lĩnh vực ứng dụng. Các
nghiên cứu gần đây cho thấy PLA thường được biến tính dựa trên hai phương pháp.
Phương pháp thứ nhất là biến tính bề mặt nhằm tạo độ bám dính của PLA với vật liệu
khác. Vật liệu biến tính này được ứng dụng trong lĩnh vực y sinh (truyền dẫn thuốc).
Phương pháp biến tính thứ hai là trộn hợp hoặc hóa dẻo với các polymer khác nhằm
tăng cường cơ tinh và khả năng chịu nhiệt của vật liệu. Phương pháp này thương được
ứng dụng trong lĩnh vực bao bì, đóng gói, ô tô, vật liệu cách điện và composites.
2.5. Trong kỹ thuật mô
Từ những năm 1988, kỹ thuật cấy mô ra đời và trở thành phương pháp được ứng
dụng phổ biến trong lĩnh vực y sinh. Phương pháp này giúp tái tạo lại các mô sống
bằng cách liên kết các tế bào sống với hệ thống khung bằng các vật liệu sinh học, ở đó
các tế bào có thể sinh sôi nảy nở nhanh chóng theo các chiều hương khác nhau. Vật
liệu sinh học ra đời mở ra con đường tiềm năng trong việc thay thế các mô sống và cả
trong cấy ghép nội tạng, Có rất nhiều loại vật liệu sinh học được đưa vào thử nghiệm
lâm sàng, trong đó có kim loại, vô cơ nhưng chúng lại có những nhược điểm lớn như
tuy kim loại có cơ tính tốt nhưng lại không phân hủy sinh học, tích trữ trong cơ thể
người gây những phản ứng bất lợi, hay vật liệu vô cơ bị hạn chế do khó xử lý được và
cấu trúc xốp. Vật liệu sinh học làm hệ thống khung trong phải thỏa các điều kiện sau:
độ tương thích sinh học cao, có độc tính thấp, có khả năng phân hủy sinh học, vật liệu
phải có đủ độ xốp, cơ tính và kích thước phù hợp, để các tế bào hoặc mô có thể tăng
trưởng và phát triển tốt và loại bỏ được chất độc trong quá trình trao đổi chất. Chính vì
vậy biopolymers, đặc biệt PLA biến tính là lựa chọn tốt nhất trong lĩnh vực này.
Ví dụ: Trong số các loại PLA biến tính như Glycolic Acid và Copolymers poly
(lactic acid-co-glycolic acid là một trong số ít polymers được Cục quản lý thực phẩm
và dược phẩm của Mỹ cho phép ứng dụng lâm sàng ở người.
2.6. Trong kỹ thuật dẫn truyền thuốc
Học viên: Bùi Minh Đức

Trang 9


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

Con người luôn mong muốn tìm ra cách để phân phối các dược chất vào đúng cơ
quan mong muốn để tối ưu hóa khả năng điều trị của nó cũng như duy trì các hoạt tính
trong thời gian cần thiết và giảm thiểu những tác dụng phụ của thuốc. Con người đã
thử nghiệm lâm sàng nhiều nhóm chất khác nhau trong vai trò chất dẫn truyền thuốc
như: liposome, các hạt nano lipid rắn. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây các loại
polyester phân hủy sinh học trong đó có PLA, PGA và copolymers của chúng đã được
ứng dụng nhiều trong lĩnh vực truyền dẫn do vật liệu có khả năng tương thích sinh học
cao, khả năng phân hủy sinh học, độ bền cơ học, khả năng xử lý nhiệt và độ hòa tan
cao trong các dung môi hữu cơ. Bên cạnh những ưu điểm trên thì PLGA lại có khuyết
điểm là cấu trúc của chúng lại thiếu đi những nhóm chức năng hoạt động hóa để tạo
điều kiện tương tác với các tế bào, vì vật làm cho hiệu quả dẫn truyền thấp và thời gian
lưu trong cơ thể không lâu.
2.7. Ứng dụng trong lĩnh vực bao bì đóng gói
So với các PLA thông thường với những hạn chế như giòn, ổn định nhiệt thấp…
thì PLA biến tính đã khắc phục những khuyết điểm của PLA thông thường. Theo các
nghiên cứu thì PLA biến tính bằng phương pháp hóa dẻo, copolymer hóa và composite
được ứng dụng nhiều trong việc sản xuất màng phim mỏng để đóng gói thực phẩm,
làm khay, hộp đựng thức ăn, túi xách trong các siêu thị và các vật gia dụng khác như
ly, muỗng, dĩa… Đặc biệt PLA biến tính dạng nanocomposites, có cơ tính tăng, tính
chất rắn khí và chắn quang cao so với PLA thông thường. Bên cạnh đó, các loại PLA
biến tính gia cường bằng bentonite được phủ lớp silicate và microcrystalline
cenllusose có tính kháng tia UV và ánh sáng khả kiến nên thích hợp ứng dụng làm bao
bì bảo quản thực phẩm.
2.8. Ứng dụng trong lĩnh vực điện tử
Năm 2002, công ty Mitsubishi Plastics đã chế tạo thành công PLA chịu nhiệt
bằng kỹ thuật phun và nó được đưa vào ứng dụng làm vỏ máy nghe nhạc “Walkman”
của công ty Sony.
PLA biến tính dạng composite được ứng dụng và phát triển rộng rãi hơn trong
lĩnh vực điện tử. Năm 2004, công ty NEC Corp của Nhật đã sử dụng vật liệu composte
nhựa nền PLA gia cường bằng sợi Kenaf để làm dummy card cắm trực tiếp vào laptop
để chống bụi bẩn xâm nhập vào. Năm 2006, nó còn được ứng dụng làm vỏ điện thoại
cho dòng sản phẩm cellular phone.
Năm 2005, Fujitsu bắt đầu ứng dụng composite của PLA vào thiết bị chống cháy
trong nhà, sau đó được công ty NEC phát triển, sử dụng 10% sợi carbon gia cường,
sản phẩm đạt được có tính năng gấp 2 lần so với sử dụng thép không gỉ truyền thống.
Năm 2007, Samsung đã sử dụng PLA/Polycarbonate bisphenol A trong việc sản
xuất vỏ các linh kiện điển tử của mình như vỏ điện thoại, vỏ máy tính.
2.9. Ứng dụng trong lĩnh vực otô vận tải
Hiện nay những vật liệu composite nền PLA là một trong những vật liệu được ưu
chuộng và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực otô vận tải. Năm 2003 công ty Toyota đã
ứng dụng sử dụng composite nền PLA và ợi kenaf để sản xuất ra lốp xe dự phòng bằng
kỹ thuật đúc khuôn trong dòng sản phẩm Raum và Prius. So với lốp xe thông thường,
sản phẩm chế tạo từ vật liệu mới có khả năng chiu được tác động bên ngoài cao hơn.
Học viên: Bùi Minh Đức
10

Trang


Sản xuất Polylactic acid và ứng dụng

Khoa công nghệ hóa học

Bên cạnh đó công ty Toyota đã nghiên cứu vật liệu “xanh” đầy tiềm năng đó cho các
bộ phận khác như ghế ngồi, tấm trải sàn, tay cầm.
Một phương pháp khác được nghiên cứu là thêm chất độn phù hợp vào nhựa nền
PLA, kết hợp với kĩ thuật phun khuôn, công ty Ford đã thành công với ứng dụng
composite nền PLA vào chế tạo hệ thống vòm xe và tấm thảm trải cho dòng sản phẩm
U.
2.10. Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
Việc sử dụng màng phủ giúp tăng tốc độ chín của cây trồng, bảo tồn độ ẩm và
phân bón, ức chế sự tăng trưởng của cỏ dại, nhiễm nấm và côn trùng phá hoại. The
FkuR Kunststoff GmbH, Willich hợp tác với The Fraunhofer Institute UMSICHT,
nghiên cứu thành công màng phủ sinh học khác. Sản phẩm này có ưu điểm là khả năng
phân hủy chậm hơp các loại màng phủ sinh học khác và khả năng chống chịu với sự
thay đổi của thời tiết. Vì vậy năm 2005, Oerlemans Plastic đã đưa màng phủ sinh học
đó vào sản xuất ở quy mô công nghiệp với tên gọi là Bio-Plex. Loại màng phủ này có
thể thay thế cho loại màng bằng Polyethylene (PE) truyền thống. Ngoài ra, PLA biến
tính còn được ứng dụng làm chậu cây, dây buột cà chua và một số vật dụng khác…
3. KẾT LUẬN
Trong 10 năm trở lại đây, PLA đã phát triển nhanh chóng và dần có chỗ đứng
trong thị trường vật liệu polymers và ngày càng được các nhà sản xuất và người tiêu
dùng lựa chọn thay thế cho các loại vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ. Tuy nhiên,
nhừng ứng dụng của PLA biến tính vẫn còn gặp nhiều thách thức, trở ngại do một số
yếu điểm về mặt cơ tính và chưa thật sự tối ưu về mặt kĩ thuật lẫn kinh tế. Việc vải
thiện, nghiên cứu và phát triển rộng những phương pháp biến tính sẽ mang lại bước
tiến mới cho việc ứng dụng vật liệu phân hủy sinh học PLA biến tính vào trong đời
sống và các ngành công nghiệp trong tương lại. Bên cạnh đó, việc sử dụng rộng rãi
nhựa phân hủy PLA biến tính sẽ giải quyết được phần nào các vấn đề ô nhiễm môi
trường gây ra do các vật liệu polymers có nguồn gốc từ hóa thạch.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phương Thanh Vũ, Trần Công Huyện, Đặng Thị Cẩm Tiên và Phạm Ngọc Trúc
Quỳnh, Nhựa phân hủy sinh học Poly (Lactic acid) tổng quan và ứng dụng, Tạp chí
khoa học Trường Đại Học Cần Thơ, 2015.
[2]. Lin Xiao, Bo Wang, Guang Yang and Mario Gauthier, Poly (Lactic Acid)-Based
Biomaterials: Synthestic, Modification and Applications.

Học viên: Bùi Minh Đức
11

Trang



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×