Bộ công nghiệp
Tổng công ty hoá chất Việt Nam
Viện hoá học công nghiệp Báo cáo kết qủa
Nghiên cứu khoa học
đề tài chơng trình KC-02 Đề tài KC-02-09

"Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng
polyme phân huỷ sinh học"

Chủ nhiệm đề tài:

TS. Phạm thế trinh
6604

8. KS. Mai Văn Tiến Viện Hoá học công nghiệp
9. KS.Nguyễn Thế Hữu Viện Hoá học công nghiệp
10. KS.Nguyễn Nh Sơn Viện Hoá học công nghiệp
11. KS.Trần Kim Liên Viện Hoá học công nghiệp
12. KS.Trần Ngọc Doanh Viện Hoá học công nghiệp
13. KS.Hà Sĩ Triệu Viện Hoá học công nghiệp
14. KS.Hoàng Phơng Lan Viện Hoá học công nghiệp
15. KS.Lê Thu Hà Viện Hoá học công nghiệp
16. KS.Nguyễn Thị Đông Viện Hoá học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
17. KS.Dơng Anh Vũ Viện Hoá học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
18. KTV.Hà Đại Phong Viện Hoá học công nghiệp.Mục lục
Mở đầu
Chơng I: Tổng quan
1.1. Nghiên cứu vật liệu polyme phân huỷ sinh học
1.1.1. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu polyme phân huỷ sinh học
1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nớc
1.1.4. Giới thiệu chung về polyme phân huỷ
1.1.4.1. Khái niệm về polyme tự phân huỷ
1.1.4.2. Khái quát các quá trình phân huỷ polyme
1.1.4.3. Các hớng nghiên cứu chính tổng hợp polyme tự huỷ
1.1.5. Polyme tự nhiên phân huỷ sinh học
1.1.5.1. Polysacarit
1.1.5.2. Xenluloza
1.1.5.3. Chitin/Chitosan
1.1.5.4. Polypeptit có nguồn gốc tự nhiên
1.1.6. Polyme tổng hợp phân huỷ sinh học

13
13
14
14
14
15
15
15
16
16
17
17
17
18
1.2.2. Giới thiệu về polyetylene (PE)
1.2.2.1. Cấu tạo của PE
1.2.2.2. Tính chất của PE
1.2.2.3. ứng dụng của PE
1.2.3. Vật liệu tổ hợp polyme blend giữa LDPE và tinh bột
1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu
1.2.3.2. Vai trò của chất trợ phân tán (CTPT) trong quá trình đùn, trộn tạo vật liệu
1.2.4. Sự tơng hợp trong hệ polyme blend LDPE/tinh bột
1.2.4.1. Sự tơng hợp của các polyme
1.2.4.2. Hình thái học trong polyme blend
1.2.4.3. Vai trò của chất trợ tơng hợp (CTTH) trong công nghệ chế tạo vật
liệu tổ hợp polyme blend LDPE/tinh bột
1.3. Biến tính hoá học của mạch polyetylen (PE) bằng phơng pháp ghép
maleic anhydrit (MA)
1.3.1. Một số tác nhân sử dụng để biến tính PE
1.3.1.1. Hoạt hoá PE bằng maleic anhydrit (MA)


29
29
30
32
32
33
33
33
34
35
38
39
40
40
41
41
41
44
44
44
1.4.2.6. Xác định sự thay đổi tính chất bền cơ
1.4.2.7. Xác định hoạt tính chuyển hoá của vi sinh vật
Chơng 2: Thực nghiệm Phơng pháp nghiên cứu
2.1. Thiết bị và hoá chất .
2.1.1. Thiết bị sử dụng
2.1.2. Nguyên liệu và hoá chất
2.2. Các phơng pháp xác định tính chất của vật liệu
2.2.1. Xác định độ bền cơ của vật liệu
2.2.1.1. Phơng pháp đo độ bền kéo đứt

48
48
48
48
48
49
49
49
50
50
50
50 50
50
51
51
52
55 55
55
56
56
57
2.5. Phơng pháp chế tạo vật liệu polyme trên cơ sở ghép maleic anhydrit
(MA) lên mạch PE và tổ hợp với tinh bột (sản phẩm B)
2.5.1. Chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất
58
58
58
59
59
60

60
60

61
61

62
63
63 63
63
63
64
67
69
73
74
75


3.2.5.2. Phơng pháp nghiên cứu
3.2.5.3. Kết quả
Chơng 4: Nghiên cứu triển khai ứng dụng thực tế
4.1. ứng dụng màng polyme tự huỷ che phủ luống lạc tại Nông trờng Thanh
Hà - Hoà Bình
4.2. ứng dụng màng polyme cho lạc vụ đông tại Thái Nguyên

77

77
79

79
79
82
83

85
85
85
86
86
87
88
88
90
90
91
92


Kết quả ứng dụng thực tế
Chế tạo sản phẩm Khẳng định công nghệ
Xác định công nghệ độ ổn định công nghệ xây dựng giá thành sản phẩm
Đào tạo và công bố các công trình khoa học
Kiến nghị
Tài liệu tham khảo 103
104
104
105
105
105
105
105
105
106
106

106
109
109
109
109
110
111
111
112
112

nặng nề cho nguồn nớc và đất.
Để hạn chế lợng chất dẻo dùng quá nhiều, một số quốc gia đã tìm cách
hạn chế lợng sử dụng nh phạt tiền cao đối với các cửa hàng sử dụng túi
nhựa, hoặc dùng các hình thức tuyên truyền nh ngày toàn dân không dùng túi
nhựa. Biện pháp chủ động nhất là chế tạo ra những vật liệu polyme có khả
năng tự huỷ. Từ những năm 70 trở lại đây, các nhà khoa học trên thế giới đã
tập trung nghiên cứu điều chế và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học
(còn gọi là polyme tự phân hủy) nhằm mục đích sản xuất các vật dụng thay
thế (nh bao bì, túi đựng, màng mỏng che phủ đất, vật dụng khuôn đúc, bầu
ơm cây giống ) nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trờng sống [2].
Tại Nhật Bản đợc sự ủng hộ của Chính phủ, Hiệp hội những nhà nghiên cứu
và sản xuất vật liệu phân huỷ sinh học đã đ
ợc thành lập.
Mặc dầu là lĩnh vực nghiên cứu còn mới, nhng đã đợc quan tâm rất
nhiều và phát triển rất mạnh vào những năm cuối thế kỷ XX và đặc biệt là đầu
thế kỷ XXI, thể hiện qua số lợng công trình bài báo và patent đợc đăng tải
với khối lợng lớn về lĩnh vực này. Có hàng loạt sản phẩm mang tính thơng

2
mại của các hãng sản xuất trên thế giới đã ra đời nh Mater - Bi (áo),
Bionolle (Nhật), Celgreen (Nhật), Sky Green, Bionyl, En Pol, Green Pol (Hàn
Quốc), Green Dot (Đức) v.v [3].
Các công trình nghiên cứu về lĩnh vực vật liệu phân huỷ sinh học tập
trung nhiều nhất ở các quốc gia phát triển nh Mỹ, Đức, Nhật, ý và Hàn
Quốc Trung Quốc cũng là một nớc đầu t mạnh cho công tác nghiên cứu về
polyme phân hủy sinh học - Công ty "Hoàn bảo Tam Sơn" tại Nam Ninh, Quảng
Tây - Trung Quốc cũng đang trong giai đoạn chế thử sản phẩm màng polyme tự
phân hủy với cái tên "Thiên thần xanh".
ở nớc ta, hiện nay Đảng và Nhà nớc đặc biệt quan tâm đến vấn đề
phát triển bền vững, đạt mức tăng trởng kinh tế nhng đồng thời phải thực

phơng pháp đốt cũng rất tốn kém và gây ô nhiễm môi trờng do khói bụi,
sinh ra dioxin rất có hại cho con ngời và môi trờng đồng thời làm suy giảm
tầng ozôn. Nếu dùng phơng pháp tái sinh thì cũng không thu đợc sản phẩm
chất lợng cao mà giá thành lại cao hơn nhựa nguyên chất nếu xét về góc độ
năng lợng [4].
- Sự tiến bộ của khoa học công nghệ: thực tế đặt ra và đòi hỏi các nhà
khoa học và công nghệ nghiên cứu để chế tạo ra những sản phẩm vật liệu mới,
u việt hơn, phục vụ đời sống con ngời cũng nh nền kinh tế quốc dân. Sản phẩm
có khả năng phân huỷ sinh học giá thành sẽ cao hơn sản phẩm cùng loại nhng
không phân huỷ (vì cha tính tới phí thu gom và xử lý). Tuy nhiên giá thành sản
phẩm sẽ trở nên hợp lý hơn khi có đợc công nghệ thích hợp và tối u nhất [5].
- Nhu cầu tiêu thụ: ngày nay, nhu cầu về vật liệu polyme tự phân hủy
trên thế giới ngày một tăng do sức ép về bảo vệ môi tr
ờng. Các nớc công
nghiệp phát triển đang phấn đấu thay thế dần đồ dùng từ vật liệu polyme nhiệt
dẻo (PE, PP ) sang vật liệu polyme tự phân hủy. Vào những năm 90 của thế
kỷ trớc ngời ta dự kiến là sẽ phấn đấu vào năm 2005 thay thế 30% và dần
dần tiến tới thay thế hoàn toàn bằng chất dẻo phân huỷ sinh học trong những
năm sau.
Từ hạt nhựa tự hủy ngời ta có thể sản xuất ra các loại sản phẩm nh:
ca, cốc, hộp đựng, bầu ơm cây giống bằng máy ép phun, đồng thời có thể
sản xuất ra vật liệu màng mỏng, túi đựng, bao bì bằng máy thổi màng, mục

4
đích thay thế dần bao bì, túi đựng, màng mỏng polyetylen (PE), polypropylen
(PP) hiện nay [7]. Từ những lý do nêu trên có thể thấy vấn đề nghiên cứu và
ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học trở thành vấn đề rất cấp bách và
bức xúc trong giai đoạn hiện nay [6].
1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
Từ những năm 70 của thế kỷ trớc, các nhà khoa học trên thế giới đã

Số patent

Nhu cầu tiêu thụ vật liệu phân huỷ sinh học của thế giới ngày càng
tăng, ở Mỹ năm 1992 đã tiêu thụ 547.000 tấn chất dẻo tự huỷ, năm 1997 là
1.193.000 tấn và năm 2005 dự kiến là 3,5 triệu tấn. Tốc độ phát triển lợng
chất dẻo tự hủy của châu Âu tăng ở mức khoảng 9%/năm. Năm 2000, tổng sản
lợng nhựa polyme tự hủy ở châu Âu đạt mức 10 triệu tấn và dự báo sẽ tăng
lên khoảng 15 triệu tấn vào năm 2005. ở Nhật Bản mức tiêu thụ sản phẩm
polyme phân hủy sinh học chiếm khoảng 11% tổng toàn bộ chất dẻo sử dụng.
ở Trung Quốc, năm 2000 ngời ta sử dụng khảong 2 triệu tấn, dự báo sẽ tăng
lên 3,5 triệu tấn vào đầu những năm 2005.

5
1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nớc
Việc nghiên cứu polyme phân hủy sinh học là một trong những nhiệm
vụ tơng đối mới mẻ ở nớc ta. Đã có một số cơ sở tiến hành nghiên cứu về
vật liệu polyme tự hủy nh Trung tâm Polyme - Đại học BK Hà Nội, Viện
Hóa học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Viện Hóa học công
nghiệp thuộc Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu chế tạo
vật liệu polyme tự hủy từ năm 1999 và đã đạt đợc một số kết quả ban đầu.
1.1.4 Giới thiệu chung về polyme phân hủy
1.1.4.1. Khái niệm về polyme tự phân hủy
Thuật ngữ phân hủy trong khái niệm polyme tự phân huỷ thực ra cha
có định nghĩa thống nhất mặc dù đã đợc bàn luận tại một số hội nghị khoa
học. Thuật ngữ phân hủy đã đợc dùng để bao hàm các sự kiện xảy ra cả trong
môi trờng tự nhiên và cả trong môi trờng cơ thể sống của con ngời. Khái
niệm về polyme phân hủy của Chielline đợc đề cập nhiều trong nghiên cứu,
theo Chielline [5] polyme đợc gọi là polyme phân huỷ khi chúng thỏa mãn
các yêu cầu sau đây:
- Giữ nguyên đợc cấu trúc và tính chất giống nh các polyme thông


Hình 1: Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình phân hủy của polyme
Ngời ta phân quá trình phân huỷ polyme ra làm 2 quá trình: Phân hủy
sinh học và không sinh học.
Phân hủy sinh học
: Trong quá trình phân hủy sinh học, vi khuẩn, nấm,
sinh vật cấp cao có vai trò quan trọng. Ngời ta phân biệt ra phân hủy sinh học trong
môi trờng không khí (aerobic) và phân hủy sinh học trong môi trờng kị khí
(anaerobic). Các vi khuẩn, vi sinh hấp thụ năng lợng hóa học cho việc duy trì sự
sống của các tế bào qua sự phân hủy. Các phản ứng dới đây minh họa quá
trình phân hủy đờng gluco trong môi trờng không khí và kị khí [9].
Môi trờng không khí:
Gluco + O
2
CO
2
+ H
2
O : G = - 686 kcal/mol (1)
Môi trờng kị khí:
Gluco lactate, G = - 47 kcal/mol (2)
Quá trình phân hủy gluco trong môi trờng không khí giải phóng ra
một năng lợng rất lớn (686 kcal/mol) so với môi trờng kị khí (47 kcal/mol).
Các quá trình phân hủy này diễn ra bên trong tế bào vi sinh và đòi hỏi sự tham
gia của các quá trình trao đổi chất khác nữa bên trong tế bào. Tuy nhiên, cả
hai quá trình phân hủy sinh học (trong môi trờng không khí và kị khí) chỉ
xảy ra trong môi trờng có độ ẩm nhất định. Vì vậy, polyme muốn tự phân
hủy sinh học thì phải có tính chất a nớc, hay nói cách khác là có độ hút ẩm
cao. Chính vì tính a nớc nên các polyme phân hủy sinh học thờng có các tính năng
cơ lý không cao [10].


7
Phân hủy không sinh học
: Quá trình phân huỷ không sinh học bị tác
động bởi nhiều yếu tố hóa học nh thủy phân, oxy hóa, yếu tố cơ lý nh thời
tiết, ánh sáng, sức căng cơ học v.v Đối với polyme, trong các yếu tố đó quá
trình oxy hóa và quá trình phân hủy dới tác động của tia UV (hay còn gọi là
phân hủy quang học) là quan trọng nhất.
+ Quá trình oxy hóa polyme: Nói chung, tất cả các loại polyme đều chịu oxy
hóa ở mức độ khác nhau dới tác động của oxy, đặc biệt trong điều kiện ảnh
hởng của nhiệt độ, ánh sáng. Trong số các polyme, polyme không no có độ
nhậy cảm với quá trình oxy hóa rất cao. Ngoài cấu trúc, mức độ oxy hóa của
polyme còn phụ thuộc vào phơng pháp sản xuất (chủng loại và lợng tồn d
của chất xúc tác) và phụ thuộc vào hình thái học của polyme (độ tinh thể, độ
định hớng của các phân tử). Cơ chế của quá trình oxy hóa cơ bản là cơ chế
phản ứng tạo gốc tự do bao gồm các bớc sau [11].
- Phản ứng khơi mào tạo gốc tự do:
PH P* + H* (P : Mạch polyme)
PH + O
2
P* + HO*
2
(3)
Xúc tác d Gốc tự do
- Phát triển và tạo nhánh của phân tử:
P* + O
2
PO*
2


Quá trình oxy hóa polyme làm bẻ gẫy mạch phân tử dẫn đến làm giảm
trọng lợng phân tử. Kết quả của quá trình oxy hóa là các tính chất cơ lý nh
độ bền kéo, độ dãn dài, độ chịu va đập giảm đi.
+ Quá trình phân huỷ quang học: dới ánh sáng mặt trời, polyme chịu tác
động của tia UV trong dải bớc sóng từ 295 nm đến 400 nm. Khi chiếu vào bề
mặt polyme, một phần ánh sáng bị phản xạ trở lại, một phần bị polyme hấp
thụ. Chỉ có phần bị hấp thụ là tạo ra sự biến đổi quang hóa trong polyme tạo ra

8
phân hủy quang học. Sự hấp thụ ánh sáng của polyme phụ thuộc trớc hết vào
cấu trúc của nó. Các polyme trên cơ sở hydro cabon no chỉ hấp thụ ánh sáng
có bớc sóng dới 250 nm. Khi polyme có chứa các nối đôi, đặc biệt là các
nối đôi của cacbon với nguyên tố khác thì bớc sóng hấp thụ sẽ dài lên. Chẳng
hạn bớc sóng hấp thụ của nhóm cacbonyl là trên 290 nm. Mặc dù ở các
polyme thông dụng nh polyolefin không có các nối đôi, tức là không hấp thụ
bớc sóng trên 290 nm, nhng chúng vẫn bị phân hủy quang học. Nguyên
nhân là trong các polyme đó, trong quá trình sản xuất có chứa các tạp chất,
chất xúc tác hay do trong quá trình oxy hóa đã tạo ra các nối đôi [11].
Thông thờng, trong quá trình phân huỷ, quá trình oxy hóa và quang
học xảy ra đồng thời và tạo ra các phản ứng quang hóa (photooxidation). Về
các phản ứng của quá trình quang hóa, mặc dù còn một số tranh cãi, nhng cơ
bản là các phản ứng theo cơ chế gốc tự do giống nh quá trình oxy hóa. Đối
với polyme tự phân hủy, ta có thể tăng cờng quá trình phân hủy quang học
bằng cách gắn nhóm có độ nhậy cảm cao nh nhóm C=O vào cấu trúc phân tử
hay thêm các muối kim loại (Co, Fe, Mg, Zn, Ce ) của axit béo không no.
Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, quá trình phân hủy quang học sẽ
mạnh lên chất tăng cờng quá trình oxy hóa (prooxidant) đợc sử dụng.
Đối với polyme mà trong cấu trúc chỉ chứa các nguyên tố C, H và O thì
khi bị phân hủy trong môi trờng không khí tạo ra CO
2
Hình 2: Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học của polyme
chỉ chứa các nguyên tố C, H và O
1.1.4.3. Các hớng nghiên cứu chính tổng hợp polyme tự hủy
Hiện nay có bốn hớng nghiên cứu chính để điều chế và ứng dụng
polyme tự huỷ:
a. Chất dẻo biến tính với tinh bột [12
ữ
24]
b. Polyme tự huỷ trên cơ sở polyme este mạch thẳng [15], [25], [26 - 29].
c. Polyme tự hủy trên cơ sở polyme hydroxy alkanoates (PHA) [17] [22] [30]
d. Polyme tự hủy từ poly(lactic axit) và poly (glycolic) [31] [26] [32-33].
Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng, ngời ta có thể tổng hợp polyme
phân hủy sinh học bằng rất nhiều phơng pháp khác nhau và sử dụng nguồn
nguyên liệu cũng rất khác nhau. Chẳng hạn các polyme phân hủy sinh học có
thể đợc điều chế từ tổ hợp các chất từ thiên nhiên nh tổ hợp tinh bột -
xenluloza - chitin hoặc từ polyme tổng hợp biến tính với polyme thiên nhiên
nh: Nhựa phân hủy trên cơ sở polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) biến tính với
tinh bột [15], [21- 24], [34], sử dụng polycaprolacton (PCL) và etylen acrylic
axit (EAA) làm chất trợ phân hủy hoặc từ các polyme tổng hợp của polylactic
axit và polyglycolic axit tạo thành chất tự hủy rất có giá trị trong y tế [31],
[26], [32, 33].
CO
2
+ H
2

Kumagai và Doi [38] đã tiến hành đồng trùng hợp khối poly( 3-hydroxy
butyrate) với poly(ethylen glycol). Ogawoa và cộng sự đã sử dụng etylen
acrylic axit (EAA) và polycaprolacton (PCL) để biến tính nhựa PE với tinh bột
và thu đợc màng có thể tự huỷ đến 80% sau 6 tháng. Ngoài ra ngời ta còn
biến tính chất dẻo với xenluloza axetat [39] và với vinyl alcohol [35], [40] để
thu đợc màng mỏng có khả năng tự hủy cao. Khả năng phân hủy của polyme
rất thấp nếu không biến tính nhựa nhiệt dẻo với một chất dễ phân hủy.
Các chất dẻo dễ phân hủy môi trờng trên cơ sở polyeste mạch thẳng
đợc Ito [41], Im và Yoo [25], cũng nh Kitakumi và cộng sự [28, 29] tập
trung nghiên cứu. Đó là các sản phẩm ở dạng xenluloza axetat (CA),
polycaprolactone (PCL). Celgreen là tên thơng mại của sản phẩm tại Viện
công nghiệp hoá học Daicel (Nhật Bản). Im và Yoo [25] triển khai nghiên cứu
với polyeste amit đã xác định mức độ phân hủy của sản phẩm theo thời gian
và xác định vi cấu trúc biến đổi trong khi phân hủy. Các tác giả ngời Nhật
[42], [28, 29] tập trung nghiên cứu về sự phân hủy sinh học của
poly(tetramethylen adipate) và khẳng định rằng loại polyme này thủy phân
kiểu lên men trong các oligome tan trong nớc và từ đó xảy ra tự thủy phân dễ dàng.
Hớng nghiên cứu điều chế polyme phân hủy sinh học trên cơ sở poly
lactic axit (PLA) và polyglycolic axit là xu thế tơng đối mới và có nhiều triển
vọng ứng dụng rộng rãi, không những cho lĩnh vực tạo màng và vật liệu đúc
khuôn mà còn trong lĩnh vực polyme y sinh. Ngời ta gọi thế hệ polyme tự huỷ trên
cơ sở PLA và PGA là polyme phân huỷ thuộc thế hệ thứ ba.
Để có thể điều chế polyme phân hủy sinh học theo 4 hớng trên, ngời
ta có thể chọn các nguyên liệu đi từ nguồn thiên nhiên hoặc tổng hợp.
1.1.5 Polyme tự nhiên phân hủy sinh học
1.1.5.1. Polysacarit
Polysacarit tự nhiên phân huỷ sinh học chủ yếu gồm hai loại là tinh bột
và xenluloza. Cả tinh bột và xenluloza đều có cấu tạo từ hàng trăm đến hàng
nghìn vòng D-glucopyranoza. Các vòng này nối với nhau bởi liên kết axetal.
Trong tinh bột vòng glucoza tồn tại ở dạng , trong khi đó ở xenluloza nó tồn

O
2
O H
2
O
~ O O ~ ~ O O ~
OH
OH CH CH
O O
(6)
CH
2
OH CH
2
OH
OH O
~ O + CH + HO
CH CH OH
O O
Cơ chế thủy phân xenluloza
Nhiều loại vi khuẩn và nấm hiếu khí trong môi trờng đất tác dụng phối
hợp với nhau trong quá trình phân hủy xenluloza. Đầu tiên vi sinh vật phân
hủy xenluloza thành glucoza và xenlodextrin nh là nguồn thức ăn của chúng.
Sau đó vi sinh vật tiết ra enzym phân hủy xenlodextrin thành glucoza. Sản
phẩm cuối của phân hủy vi sinh vật hiếu khí là cacbonic và nớc. Trong môi
trờng kị khí, sản phẩm cuối cùng bao gồm nhiều hợp chất nh CO
2
, H
2
, CH

NHCOCH
3 n

Chitin là một trong những polysacarit có nhiều nhất trong tự nhiên, chỉ
sau xenluloza. Do cấu trúc bề mặt của chitin khá chặt chẽ, phẳng và mang
nhóm chức axetyl nên khó tham gia vào các phản ứng hóa học, mặt khác lại
không tan trong nớc và các dung môi thông thờng.
Chitosan là một dẫn xuất quan trọng nhất của chitin, đợc tạo thành qua
việc deaxetyl hóa nhóm axetyl của chitin thành nhóm chức amin và có nhiều
ứng dụng trong thực tế.
Chitin trong tự nhiên thờng có độ deaxetyl hóa khoảng 10% (có chứa
10% chitosan). Trên thực tế trong mạch đại phân tử của loại polysacarit này
bao gồm các mắt xích chitosan (có nhóm chức amin) và mắt xích chitin (có
nhóm axetyl) đan xen lẫn nhau [4].
Chitin/chitosan có tính tơng thích sinh học, có hoạt tính kháng sinh và
khả năng hấp thụ ion kim loại nặng, do đó đợc ứng dụng làm mành che, chất
mang thuốc vào vết thơng. Do có khả năng giữ nớc và duy trì độ ẩm, chúng
còn đợc ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm.
1.1.5.4. Polypeptit có nguồn gốc tự nhiên
Polypeptit có nguồn gốc tự nhiên là một loại protein đợc ứng dụng
nhiều trong vật liệu phân hủy sinh học. Tất cả các protein này đều là những
copolyme có sự sắp xếp liên tục của các mắt xích -amino axit khác nhau.
Tổng hợp sinh học protein là một quá trình rất phức tạp liên quan đến nhiều loại
enzym khác nhau, ngợc lại sự phân hủy enzym của protein là quá trình tơng

13
đối dễ dàng với phản ứng thủy phân amit. Casein là một loại protein phân hủy
sinh học đợc ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên,
mặt hạn chế của casein là khi phân hủy tạo ra những hợp chất KLPT thấp nặng
mùi [43].

O O
x y
Polyglycolic- co-lactic axit (PGA/LA)
Chỉ khâu đã đợc chế tạo từ hỗn hợp monome glycolic/lactic (90:10)
1.1.6.2. Polycaprolacton
Polycaprolacton (PCL) là loại polyeste mạch thẳng đã đợc nghiên cứu
nhiều đặc biệt trong lĩnh vực phân hủy sinh học [43], [4]. Thông thờng PCL

14
đợc điều chế thông qua phản ứng mở vòng -caprolacton. Thực nghiệm cho
thấy rằng PCL có thể bị phân hủy bằng enzym.
O
(10)

5
O
n
Polycaprolacton
1.1.6.3. Polyuretan
Mức độ phân hủy sinh học của polyuretan tùy thuộc vào tiền polyme
(prepolyme) ở dạng polyeste hay polyete. Polyete - polyuretan bền với sự phân
hủy sinh học trong khi đó polyeste - polyuretan thì không. ảnh hởng của
diizocyanat cũng quan trọng đối với sự phân hủy sinh học của polyuretan, ví
dụ diizocyanat mạch thẳng dễ phân huỷ hơn so với diizocyanat mạch vòng,
diizocyanat béo phân hủy nhanh hơn diizocyanat có nhân thơm [43], [4].
1.1.6.4. Polyamit (PA)
Mặc dù PA có chứa các liên kết amit nh trong polypeptit nhng tốc độ
phân huỷ sinh học của PA rất chậm và có thể coi là không phân hủy. Tuy nhiên
enzym và vi sinh vật có thể phân hủy oligome có TLPT thấp [4], [43]. Nấm
aspergillus có thể phân huỷ sợi aramit. Huang và Kitchen đã đa ra các thông

polyhydroxy cacboxylic axit [4], [43].
1.1.7 ứng dụng của polyme phân hủy sinh học
Polyme phân hủy sinh học đợc ứng dụng chủ yếu trong 3 lĩnh vực : y
học, nông nghiệp và bao bì, một vài loại đã trở thành sản phẩm thơng mại. Do có
tính chuyên dụng và giá trị cao hơn nên ứng dụng trong y học phát triển hơn 2 ứng
dụng còn lại.
1.1.7.1. ứng dụng trong nông nghiệp, lâm nghiệp
Màng mỏng từ chất dẻo đã đợc ứng dụng trong nông nghiệp từ những
năm 30, 40 để làm màng che, phủ, hom ơm cây Màng chất dẻo có tác dụng
giữ hơi ẩm cho đất, ngăn cỏ dại phát triển, có tác dụng ổn định nhiệt của đất,
vì vậy làm tăng tốc độ phát triển của cây trồng. Các chất dẻo làm màng phủ
thông dụng là: polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE), polyvinylclorua (PVC),
polybutylen (PB) và copolyme của etylen với vinylaxetat. Tuy nhiên, sau khi
hết thời gian sử dụng các chất dẻo này hầu nh không bị phân hủy hoàn toàn
trong đất [43] gây ra nhiều khó khăn cho môi trờng và cho bản thân ngời
trồng trọt.
Gần đây, chất dẻo phân hủy sinh học đợc định hớng sử dụng để làm
màng che phủ trong nông nghiệp nhờ có khả năng tự phân hủy sau một thời
gian nhất định dới tác động của nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và các vi sinh vật
trong đất. Màng phân hủy giúp cho thu hoạch thuận lợi, giảm giá thành sản
xuất và không gây trở ngại cho vụ mùa sau. Các màng mỏng chất dẻo có thể
bị phân hủy quang và phân hủy sinh học. Để vật liệu có khả năng phân hủy
quang, ngời ta thờng đa vào chất dẻo một số chất phụ gia quang hóa và
oxy hóa. Tỷ lệ phối trộn đợc điều chỉnh sao cho khi cây phát triển thì chất
dẻo bắt đầu phân hủy.
Màng mỏng phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột với polyvinylancol,
poly(etylen-co-acrylic axít), polyvinylclorua đã đợc ứng dụng ở Mỹ. Màng
mỏng polycaprolacton và polyvinylancol bị phân hủy hoàn toàn bởi các vi sinh vật
trong đất. Polycaprolacton đã đợc ứng dụng làm hom ơm cây. Trong môi


dụng cho các mục đích sau:
+ Thay thế các mô bị bệnh hoặc không còn tác dụng, ví dụ nh làm khớp
nhân tạo, van tim, động mạch, răng giả
+ Trợ giúp mô hồi phục, bao gồm chỉ khâu, hồi phục xơng gãy, gân,
dây chằng
+ Thay thế toàn bộ hoặc một phần chức năng của cơ quan chính.
+ Giải phóng thuốc vào cơ thể [4], [43] [5].

17
1.2 Vật liệu tổ hợp trên cơ sở Polyetylen tỷ trọng
thấp (ldpe) với tinh bột
1.2.1. Tinh bột
Tinh bột - phần dự trữ chủ yếu polysacarit trong thực vật, là thành phần quan
trọng trong chế độ dinh dỡng của con ngời, có công thức phân tử là
(C
6
H
10
O
5
.H
2
O)
n
. Tinh bột chủ yếu có trong các loại hạt, củ, rễ thực vật, nhiều
nhất là ở trong hạt [4]. Lợng tinh bột ở hạt ngô, lúa mì khoảng 60 ữ 75%,
trong lúa từ 75 ữ 80%. Phần lớn tinh bột đợc sản xuất từ hạt ngũ cốc do ngũ
cốc tơng đối rẻ và có ở khắp mọi nơi trên thế giới. Tinh bột sắn, lúa mì, khoai
tây đợc sản xuất ít hơn vì có giá thành cao hơn.
Việc sử dụng tinh bột ngoài mục đích để làm thức ăn đã có từ rất lâu.