Cổng TTĐT Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Thông tin Đề tài

Tên đề tài	Hợp phần 2: Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit nhựa sinh học trên cơ sở sợi chuối/nhựa polyeste
Mã số đề tài	TĐNSH0.02/22-24
Cơ quan chủ trì (Cơ quan thực hiện)	Viện Hoá học
Họ và tên	TS. Đào Hải Yến
Thời gian thực hiện	01/01/2022 - 30/06/2026
Tổng kinh phí	8.000 triệu đồng
Xếp loại	Đạt loại A
Mục tiêu đề tài	+ Xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo vật liệu composit nhựa sinh học trên cơ sở sợi chuối/ nhựa PLA, PHA (PLA, PHA là sản phẩm của hợp phần 6,7 và từ nguồn thương mại). Chế tạo được vật liệu composit nhựa sinh học trên cơ sở sợi chuối/nhựa PLA, PHA. + Ứng dụng được vật liệu composit nhựa sinh học trên cơ sở sợi chuối/nhựa PLA, PHA để chế tạo cốc uống nước có khả năng phân hủy sinh học đáp ứng theo TCVN và các quy định hiện hành của Việt Nam.
Kết quả chính của đề tài	Về khoa học: - Đã nghiên cứu quy trình công nghệ tách, thu hồi và biến tính xenlulozơ từ răm thân, lá chuối đáp ứng các yêu cầu đặt ra, cụ thể: + Điều kiện tách: Xử lý bằng phương pháp kiềm, gồm 3 công đoạn: Xử lý kiềm bước 1 với tác nhân NaHCO3 nồng độ 3 % ở nhiệt độ 105 oC trong thời gian 60 phút; xử lý kiềm bước 2 với tác nhân NaOH nồng độ 3 % ở nhiệt độ 120 oC trong thời gian 30 phút; tẩy trắng với H2O2 nồng độ 10 g/L ở nhiệt độ 50 oC trong thời gian 40 phút. + Điều kiện biến tính: Sử dụng phương pháp acetyl hóa với tác nhân anhydrit acetic, xúc tác bằng I2 trong điều kiện nhiệt độ 80 oC trong thời gian 60 phút. + Đặc trưng tính chất sợi và bột xenlulozơ thu được: Sản phẩm dạng sợi, kích thước 200-300 µm; hàm lượng xenlulozơ: 95,03 %; hàm lượng lignin: 1,08 %; hàm lượng hemixenluloz 2,64 %; hàm tro: 1,25 %; độ thế: 1,54. - Đã nghiên cứu chế tạo vật liệu composit sinh học trên nền nhựa PLA gia cường bằng sợi xenlulozơ đã biến tính đáp ứng yêu cầu đặt ra, cụ thể: + Số lượng: Đã chế tạo được 30,9 kg vật liệu composit sinh học học trên nền nhựa PLA gia cường bằng sợi xenlulozơ, trong đó 20 kg dùng cho thử nghiệm sản phẩm cốc uống nước, 10,9 kg sản phẩm lưu mẫu. + Chất lượng sản phẩm: Khối lượng riêng 1,21 g/cm3; chỉ số chảy MFI (190oC/2,16 kg) 2,71 g/10 phút; nhiệt độ nóng chảy 150,8 oC; nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) 54,8 oC; độ bền kéo đứt 48,1 MPa; độ dãn dài khi đứt 4,8 %; mức độ phân hủy đạt 93,84 % sau 180 ngày thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 9493:2012. - Đã nghiên cứu chế tạo vật liệu composit sinh học trên nền nhựa PHA gia cường bằng sợi xenlulozơ đã biến tính đáp ứng yêu cầu đặt ra, cụ thể: + Số lượng: Đã chế tạo được 15,2 kg vật liệu composit sinh học học trên nền nhựa PHA gia cường bằng sợi xenlulozơ. + Chất lượng sản phẩm: Khối lượng riêng: 1,22 g/cm3; chỉ số chảy MFI (190 oC/2,16 kg): 15,2 g/10 phút; nhiệt độ nóng chảy: 174,6 oC; độ bền kéo đứt: 40,1 MPa; độ dãn dài khi đứt: 3,8 %; mức độ phân hủy khoảng 92,22 % sau 180 ngày thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 9493. - Đã nghiên cứu ứng dụng vật liệu PLA/BF để chế tạo cốc uống nước đáp ứng yêu cầu: + Về số lượng: Đã chế tạo được 115 chiếc cốc uống nước, trong đó 15 mẫu thử nghiệm và 100 mẫu lưu. - Về chất lượng: Mức độ phân hủy đạt 93,61 % sau 180 ngày thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 9493; chỉ tiêu thôi nhiễm: Pb 12,62 µg/kg, Cd 23,13 µg/kg, KMnO4 1,12 µg/L, axit lactic tổng 2,31 µg/L, cặn khô 3,16 µg/L. Các chỉ tiêu này đáp ứng yêu cầu theo qui chuẩn QCVN 12-1:2011/BYT. - Xây dựng được 03 quy trình công nghệ đã được đơn vị chủ trì phê duyệt, trong đó: + 01 quy trình công nghệ sơ chế, tách loại và thu hồi sợi tự nhiên từ thân cây chuối công suất 1 tấn tươi/ngày. + 01 quy trình công nghệ chế tạo vật liệu composit nhựa sinh học trên nền PLA gia cường bằng sợi chuối công suất 10 kg/giờ. + 01 quy trình công nghệ chế tạo vật liệu composit nhựa sinh học trên nền PHA gia cường bằng sợi chuối công suất 10 kg/giờ. - Xây dựng được 02 tiêu chuẩn cơ sở sản phẩm vật liệu PLA/BF và PHA/BF, các tiêu chuẩn cơ sở đã được đơn vị chủ trì phê duyệt. - Công bố: Đề tài đã công bố được 04 bài báo trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục SCIE và 02 bài báo trên tạp chí chuyên ngành trong nước. - Sáng chế/Giải pháp hữu ích: 01 sáng chế được cấp bằng: Sáng chế số 41852, cấp theo Quyết định số 127054/QĐ-SHTT ngày 1/11/2024. - Đào tạo: đào tạo 1 học viên cao học.
Những đóng góp mới	Trong bối cảnh nhu cầu thay thế nhựa truyền thống bằng vật liệu phân hủy sinh học và yêu cầu ngày càng cao về tính năng-an toàn-chuẩn hóa chất lượng, nghiên cứu này đóng góp theo hướng “đi trọn chuỗi” từ tài nguyên sinh khối (răm thân, lá cây chuối) đến vật liệu composit nền PLA/PHA gia cường sợi và sản phẩm minh chứng, đồng thời được thẩm định bằng các phép thử tiêu chuẩn phục vụ định hướng ứng dụng bao bì, đồ dùng tiếp xúc thực phẩm. * Đóng góp về khoa học: + Thiết lập và tối ưu chuỗi tiền xử lý-tách-thu hồi sợi xenlulozơ từ thân chuối, làm cơ sở khoa học cho việc chuyển phụ phẩm nông nghiệp thành pha gia cường có chất lượng ổn định; đồng thời định lượng, đặc trưng được chất lượng sợi sau xử lý (độ tinh khiết, cấu trúc, hình thái). + Chứng minh rõ hiệu quả “cải thiện” tính cấu trúc và độ bền nhiệt của sợi sau xử lý, thể hiện qua độ tinh thể CrI tăng từ 47,6 % lên 62,5 % và nhiệt độ bắt đầu phân hủy (Tonset) tăng từ 250 oC lên 340 oC, qua đó khẳng định tính phù hợp của sợi cho gia công nóng chảy với PLA/PHA. + Xây dựng quy trình đánh giá phân hủy sinh học theo chuẩn TCVN 9493/ISO 14855 và TCVN 13114, xác định, định lượng mức khoáng hóa CO2 trong điều kiện ủ compost hiếu khí (58 ± 2 °C; theo dõi 180 ngày), tạo bộ dữ liệu tin cậy cho vật liệu PLA/BF và PHA/BF. Chứng minh tính phù hợp cho hướng bao bì, tiếp xúc thực phẩm thông qua đánh giá thôi nhiễm theo QCVN 12-1:2011/BYT (Pb, Cd, KMnO₄, axit lactic tổng, cặn khô…). + Chuyển hóa kết quả vật liệu sang nghiên cứu ứng dụng, thiết kế công thức khảo sát phụ gia ổn định nhiệt, kết tinh và đánh giá tính đồng đều sản phẩm trong quá trình ép phun cốc từ PLA/BF. * Đóng góp về kinh tế–xã hội: + Hoàn thành các quy trình công nghệ quy mô pilot với các thông số công suất rõ ràng, gồm: i) thu hồi sợi từ răm thân, lá chuối công suất 1 tấn tươi/ngày; ii) chế tạo vật liệu nhựa sinh học composit PLA/BF quy mô 10 kg/giờ; iii) chế tạo vật liệu nhựa sinh học composit PHA/BF quy mô 10 kg/giờ. Tạo tiền đề cho quá trình chuyển giao công nghệ, thương mại hóa sản phẩm. + Việc xây dựng được 2 tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm PLA/BF và PHA/BF, giúp chuẩn hóa chất lượng, giảm rủi ro khi chuyển giao và hỗ trợ hoạt động kiểm soát chất lượng trong sản xuất. + Tạo mô hình sản phẩm minh chứng có triển khai thực tế (cốc uống nước từ PLA/BF), qua đó tăng khả năng chấp nhận của thị trường và hỗ trợ định hướng thay thế nhựa truyền thống trong nhóm các sản phẩm dùng một lần. + Góp phần gia tăng giá trị phụ phẩm của ngành sản xuất chuối và tạo sinh kế địa phương: tận dụng nguồn phụ phẩm sẵn có, giảm lãng phí sinh khối, mở ra hướng liên kết chuỗi thu gom-sơ chế-vật liệu-sản phẩm phụ vụ kinh tế tuần hoàn nông nghiệp. * Đóng góp về môi trường: + Giảm áp lực rác thải nhựa khó phân hủy. + Tận dụng phụ phẩm nông nghiệp nói chung và răm thân, lá chuối nói riêng làm nguyên liệu, góp phần giảm lượng đốt bỏ, đổ thải sinh khối và chuyển dịch sang mô hình “tài nguyên hóa” chất thải, nhờ quy trình tách-thu hồi sợi đã được chuẩn hóa. + Tăng mức độ an toàn môi trường và sức khỏe người tiêu dùng khi hướng tới bao bì thực phẩm: các chỉ tiêu thôi nhiễm theo QCVN 12-1:2011/BYT đáp ứng yêu cầu, hỗ trợ mục tiêu thay thế nhựa truyền thống những vẫn đảm bảo an toàn sử dụng. * Sản phẩm cụ thể giao nộp:** - Bài báo quốc tế: 1) Anh Tuyet Phung Thi, Thuy Xuan Vu, Chien Van Nguyen and Yen Hai Dao* .Sustainable thermoplastic starch biocomposites reinforced with crude banana biomass using dual-function deep eutectic solvents for fiber pretreatment and starch plasticization. Mater. Res. Express 12 (2025) 115308. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ae1d26. 2) Thuy Cam Quan, Phuong Thi Hoang, Thanh-Thien Tran-Lam and Yen Hai Dao . Amine-based deep eutectic plasticization opens a low-energy, high-ﬂ ow processing window and improves ductility retention in banana ﬁ ber-reinforced thermoplastic starch composites. Int. Polym. Proc. 2026; aop. https://doi.org/10.1515/ipp-2025-0111. 3) Quan Cam Thuy, Anh Tuyet Thi Phung, Chien Van Nguyen, Mai Thi Pham & Yen Hai Dao . Fully green and scalable solvent-free functionalization of banana waste ﬁ bers for high-performance biodegradable thermoplastic starch/ DES composites. COMPOSITE INTERFACES. https://doi.org/10.1080/09276440.2026.2634491. 4) Phuong Thi Hoang, Thuy Cam Quan, Mai Thi Pham, Thuy Xuan Vu, Yen Hai Dao, Deep-eutectic hydrogen-bond networks decouple processing and ageing in starch/banana-fibre biocomposites, Bull. Mater. Sci. (2026) 49:108. https://doi.org/10.1007/s12034-026-03633-4. - Bài báo trong nước: 1) Dao Hai Yen, Hoang Thi Phuong, Nguyen Van Chien, Doan Ha Phuong, Tạ Thuy Nguyen. Study on plasticizing PLA using natural plasticizers available in Vietnam as a matrix resin for biodegradable PLA/cellulose composites. Vietnam J. Chem. 2024, 62 (S1); 61–67. 2) Đào Hải Yến, Hoàng Thị Phương, Đoàn Hà Phương. Cải thiện tính tương hợp liên pha của vật liệu composit pla/sợi chuối bằng tác nhân tương hợp phản ứng kết hợp với đùn phản ứng. Tạp chí Hóa học ứng dụng số 01(78)/3-2026. - Các bằng sáng chế: 01 sáng chế được cấp bằng: Sáng chế “Quy trình thu hồi tơ sợi xenluloza và bột ligninxenluloza từ cuống lá và thân cây chuối”, số 41852, cấp theo Quyết định số 127054/QĐ-SHTT ngày 1/11/2024. - Các sản phẩm cụ thể (mô tả sản phẩm, nơi lưu giữ): + 10,9 kg hạt liệu composit sinh học học trên nền nhựa PLA gia cường bằng sợi xenlulozơ (PLA/BF), lưu giữ tại phòng Hóa sinh môi trường, Viện Hóa học. + 15,2 kg hạt vật liệu composit sinh học học trên nền nhựa PHA gia cường bằng sợi xenlulozơ, lưu giữ tại phòng Hóa sinh môi trường, Viện Hóa học. + 100 chiếc cốc uống nước, lưu giữ tại phòng Hóa sinh môi trường, Viện Hóa học.
Ảnh nổi bật đề tài