PLA (polylactic acid) là loại nhựa được làm từ tinh bột ngô hoặc mía. Việc sản xuất PLA từ tinh bột ngô là một quy trình chuyển hóa sinh học (biotransformation) kết hợp với các phản ứng hóa học công nghiệp tiến hành theo sơ đồ sau:
Cho biết số sóng hấp thụ đặc trưng của một số liên kết trên phổ hồng ngoại như sau:
Liên kết……………………………Số sóng (cm⁻¹)
O–H (alcohol)………………………3650 – 3200
O–H (carboxylic acid)…………….3300 – 2500
C=O (ester, carboxylic acid)…….1780 – 1650
a) Từ 500 kg ngô (hàm lượng tinh bột 80%), nhà máy có thể sản xuất tối đa 7877 chiếc cốc nhựa PLA dạng hình trụ rỗng. Biết: mỗi chiếc cốc có bán kính ngoài 3 cm, chiều cao 10 cm, độ dày thành cốc và đáy cốc đều bằng 0,1 cm; khối lượng riêng của nhựa PLA là 1,25 g/cm³; hiệu suất của toàn bộ quy trình đạt 60% (lấy π = 3,14, kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả cuối cùng được làm tròn đến hàng đơn vị).
b) Trong công nghiệp, để tổng hợp PLA có phân tử khối lớn, phương pháp trùng hợp mở vòng lactide được ưu tiên sử dụng thay vì trùng ngưng trực tiếp lactic acid.
c) Trên phổ hồng ngoại của lactic acid, tín hiệu (peak) ở 1733 cm⁻¹ đặc trưng cho liên kết O–H.
d) Nhựa PLA dễ bị phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên hơn so với nhựa PE (polyethene) do phân tử PLA có chứa các liên kết ester .
Câu trả lời tốt nhất
(a) Sai, chia mỗi cốc nhựa thành đáy cốc và thành cốc:
+ Đáy cốc: R = 3 cm, độ dày d = 0,1 cm
V đáy = π.R².d = 2,826 cm³
+ Thành cốc: R = 3 cm, r = 3 – 0,1 = 2,9 cm, h = 10 – 0,1 = 9,9 cm
V thành = π(R² – r²).h = 18,34074 cm³
V 1 cốc = V đáy + V thành = 21,16674 cm³
m 1 cốc = 21,16674.1,25 = 26,458425 gam
Chuyển hóa mỗi mắt xích:
C6H10O5 —> 2OCH(CH3)CO
mPLA = 500.80%.60%.2.72/162 = 213,333 kg
Số cốc = 1000.213,333/26,458425 = 8063 cốc
(b) Đúng, phản ứng trùng ngưng: nLA ⇋ PLA + nH2O có nhược điểm là rất khó loại nước để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. Khi mạch polymer càng dài, độ nhớt của hệ tăng lên rất cao, khiến việc loại bỏ phân tử nước ra khỏi hỗn hợp phản ứng trở nên cực kỳ khó khăn. Vì vậy không thể sản xuất PLA có phân tử khối lớn vì chiều nghịch dễ dàng cắt nhỏ PLA ra.
Phản ứng trùng hợp khắc phục được yếu điểm trên: Không tạo ra nước! Vì vậy phương pháp trùng hợp mở vòng lactide được ưu tiên sử dụng.
(c) Sai, tín hiệu (peak) ở 1733 cm⁻¹ đặc trưng cho liên kết C=O trong chức carboxyl.
(d) Đúng, nhóm chức ester dễ bị thủy phân cắt đứt mạch hơn chuỗi hydrocarbon dài như PE.