Đang tải... (xem toàn văn)
Định nghĩa và phân loại polymer mang tính phân hủy sinh học Một số polymer phân hủy sinh học điển hình từ nguồn tái tạo tự nhiên Xác định tính chất hạt nhựa và bao bì phân hủy sinh học Tiêu chuẩn của nguyên vật liệu đầu vào để đảm bảo bảo đạt chất lượng sử dụng cho sản xuất Tiêu chuẩn của sản phẩm đầu ra để đảm bảo bảo đạt chất lượng tiêu dùng Độ ẩm Chỉ số chảy nhựa (MFI)
Giới thiệu hướng nghiên cứu sản phẩm bao bì nhựa thân thiện với mơi trường Ngành cơng nghiệp hố dầu phát triển mạnh, kéo theo cơng nghệ gia công đồ nhựa từ nhựa nhiệt dẻo để sản xuất loại sản phẩm hàng hoá tiêu dùng Chỉ tính riêng năm 1996, tồn giới sản xuất tiêu thụ cỡ 150 triệu chất dẻo, bình qn đầu người nước cơng nghiệp phát triển 80-100 kg nước phát triển 1-10 kg Trong 10 năm trở lại đây, sản lượng nhựa Việt Nam tăng trưởng nhanh đặn với tốc độ trung bình 15%/năm Theo số liệu năm 2008, mức tiêu thụ nhựa bình qn tính theo đầu người nước cơng nghiệp phát triển khoảng 100kg/năm nước phát triển có Việt Nam từ 30 đến 50kg/năm Từ thập kỷ cuối kỷ 20 lĩnh vực sử dụng nhựa nhiều ngành bao bì Độ tiện dụng an tồn, giá thấp có tính thẩm mỹ cao nhân tố quan trọng định phát triển nhanh chóng nhựa cơng nghiệp bao bì Gần đây, tổng số nhựa, có 53% sử dụng cơng nghiệp bao bì, có 47% dùng bao bì thức ăn[1] Những loại nhựa thường Polyolefin (như PolyPropylene PP, Polyethylene PE, Polystyrene PS, Poly Vinyl Chloride PVC…) hầu hết sản xuất từ dầu mỏ, sau sử dụng trở thành chất thải không phân hủy Điều có nghĩa là, khoảng 40% rác thải từ bao bì vấn đề cấp bách để xử lí rác thải trở thành vấn đề toàn cầu Cùng với xuất khối lượng lớn loại sản phẩm, vật dụng từ polymer tồn lượng không nhỏ phế liệu, phế thải sau sử dụng (ước tính 20-30 triệu tấn/năm tồn giới) Những vật liệu sau sử dụng bị thải môi trường, tồn từ hàng chục đến hàng trăm năm, khó phân huỷ, gây nhiễm mơi trường nặng nề Nếu đem chơn lấp tốn diện tích, đồng thời gây nhiễm đất nguồn nước; phương pháp đốt tốn gây ô nhiễm mơi trường khói, bụi sinh dioxin Dùng phương pháp tái sinh không thực hiệu khó khăn việc phân loại rác đầu nguồn tính an tồn, hiệu sản phẩm sau tái chế Hình 1: Tỉ lệ vật liệu dùng cơng nghiệp bao bì Trong xã hội ngày nay, bao bì sử dụng phổ biến để chứa đựng tất loại hàng hóa q trình bảo quản, vận chuyển, phân phối, kiểm tra Bao bì có tác dụng bảo vệ chất lượng hàng hóa từ sản xuất đến trao đổi thương mại tiêu thụ, mang lại trật tự hiệu kinh tế thể tiến xã hội Từ vật chứa đựng thô sơ thời xưa, khoa học kỹ thuật phát triển nhiều phương pháp đóng gói tương ứng với loại vật liệu bao bì, tạo nên nhiều loại bao bì đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Có nhiều loại vật liệu sử dụng làm bao bì giấy, thủy tinh, đồ gốm, nhơm, sắt tráng thiếc, chì, chất dẻo Riêng bao bì chất dẻo, mức sản xuất mức tiêu dùng tăng trưởng liên tục chiếm tỷ trọng lớn (khoảng 53%)[72] Một vấn đề lớn bao bì nhựa gây ô nhiễm môi trường Các sản phẩm cần đến hàng trăm năm để phân hủy hoàn toàn Trong sản lượng chất dẻo ngày tăng nhanh chóng Mơi trường ngày tràn ngập loại rác thải chất dẻo, đất liền lẫn ngồi sơng biển Quỹ đất dùng để chơn lấp, phân hủy rác thải ngày làm giảm diện tích đất dùng cho nơng nghiệp Nhiều sơng rạch bị nhiễm trầm trọng chí bị san lấp rác thải Nguy hiểm không kém, nhà khoa học Anh chất dẻo biển làm biến đổi môi trường sống hải sản, chí tham gia vào chuỗi thức ăn sinh vật biển, gây nguy hại lớn[73, 74] A) B) Hình 2: Bao bì nhựa tràn ngập lòng song, môi trường (A) gây ảnh hưởng đến sinh vật biển (B) Ngồi ra, việc sử dụng bao bì chất dẻo có tác hại khác tiêu tốn nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày cạn kiệt Ước tính có 8% sản lượng dầu mỏ dùng cho sản xuất chất dẻo Việc sử dụng chất phụ gia chất dẻo nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe người Ngày nay, người đứng trước hiểm họa lớn mơi trường nhiều quốc gia, tổ chức, cá nhân chưa ý thức hết Do đời sống người ngày cải thiện nên lượng tiêu thụ chất dẻo ngày lớn Hiện trở thành thói quen biểu văn minh mặt hàng dù to hay nhỏ, hàng thực phẩm, mỹ phẩm hay quần áo, đựng túi nhựa chế tạo từ nhựa Polyethylene (PE) hay Polypropylene (PP) Một vấn đề tưởng chừng vô hại, nhỏ nhặt nhiên gây nhiều tranh cãi Các nhà mơi trường phủ lên tiếng kêu gọi tẩy chay túi nhựa Cuộc chiến chống túi nhựa có chuyển biến lớn quốc gia giới Điển Ailen đánh thuế việc sử dụng túi nhựa; Ấn Độ cấm sử dụng hồn tồn; số bang Mỹ cấm siêu thị sử dụng túi nhựa phát cho người mua hàng; Trung Quốc nói khơng với túi nhựa kể từ ngày 01/06/08 Kể quốc gia Châu Phi Uganda, Kenya, Tanzania có động thái cấm nhập khẩu, sản xuất, tăng thuế mặt hàng túi nhựa nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng tiêu cực túi nhựa môi trường Tuy nhiên việc sử dụng túi nhựa nhu cầu thực tế cần thiết nên cần tìm giải pháp thay túi nhựa tốt việc ngưng sử dụng hồn tồn Riêng Việt Nam, tình trạng q tải bãi rác gia tăng nhanh chóng Tốc độ phát triển bãi chôn lấp, nhà máy xử lý, tái chế rác không theo kịp tốc độ phát triển sản lượng rác thải Do đó, tình trạng ô nhiễm bãi rác tải ngày trầm trọng Việt Nam chưa có chương trình quốc gia phân loại rác thải, làm sở để tiến hành tái chế Việc cấm hạn chế sử dụng túi nhựa chưa đề cập đến Kinh phí thu gom xử lý rác gánh nặng ngân sách Trong đó, riêng ngành nhựa, theo hiệp hội nhựa Việt Nam, năm 2002, ngành sản xuất bao bì nhựa đạt 460.000 tấn, chiếm 37% tỷ trọng toàn ngành Theo dự báo số chuyên gia nghiên cứu chiến lược phát triển ngành nhựa năm đến mười năm tới, thị trường cho chai nhựa lớn, tốc độ tăng trưởng bình quân khoảng 30% Điều minh chứng cụ thể qua số dự báo sau: Mức tiêu thụ nước đóng chai thị trường nội địa đến cuối năm 2005 120 triệu lít/năm Các loại chai nhựa đựng thực phẩm (nước mắm, nước tương, tương ớt, rượu cồn, gia vị) hàng năm sử dụng không 50 triệu chai Hoặc với 460.000 thuốc nước bảo vệ thực vật sử dụng đồng ruộng hàng năm lượng bao bì nhựa cần dùng khơng 10.000 Ngoài ra, mười năm tới sản phẩm từ sữa, nước giải khát mang dược tính như: trà, sâm, loại thảo dược giải nhiệt phát triển mạnh Như vậy, tình trạng q tải, nhiễm rác thải nhựa khơng khơng giảm mà có chiều hướng gia tăng Việt Nam Hiện có hai hướng giải vấn đề môi trường Một xây dựng bãi chứa rác; nhiên, xã hội phát triển nhanh nên bãi chứa rác lúc tải Mặt khác, chôn rác đất bom nổ chậm để lại nhiều hậu cho hệ sau Một cách khác thân thiện với mơi trường gồm hai bước: thiêu đốt tái chế Thiêu đốt nhựa thải lại tạo lượng lớn carbon dioxide CO2 góp phần tạo nên tượng nóng lên tồn cầu đơi sinh khí độc lại góp phần làm nhiễm mơi trường Còn việc tái chế phần giải vấn đề; nhiên việc lại cần nhiều nhân công lượng để loại bỏ loại nhựa thải, phân loại nhựa, rửa, làm khô, nghiền nhựa sau tái tạo sản phẩm sau Vì quy trình làm cho bao bì trở nên đắt đỏ chất lượng sản phẩm tái chế lại thấp sản phẩm ban đầu[3] Vấn đề cấp thiết thực thi để giảm nhẹ gánh nặng rác thải nhựa ô nhiễm môi trường thay đổi chất loại bao bì nhựa thơng thường sử dụng, làm cho vật liệu có khả phân hủy sinh học làm cho vật liệu thân thiện môi trường Định nghĩa phân loại polymer mang tính phân hủy sinh học Định nghĩa Có nhiều định nghĩa cho polyme phân huỷ sinh học[16-19], theo định nghĩa Hội Liên Hiệp Hố Học Quốc Tế (IUPAC) polymer phân huỷ sinh học loại polymer chuyển đổi hoàn tồn thành khí cacbondioxide, nước, khống vơ sinh khối vi sinh vật trường hợp giảm cắp sinh học yếm khí polymer chuyển đổi thành khí cacbondioxide, metan mùn mà khơng tạo chất độc hại Sự phân huỷ sinh học trình tự nhiên, với điều kiện cần thiết pH, độ ẩm, oxi hóa có mặt kim loại, chất hữu chuyển thành hợp chất đơn giản CO2, H2O, khí metan sinh khối, khơng làm nhiễm mơi trường Sự phân huỷ sinh học xảy sinh vi sinh vật đóng vai trò trung tâm q trình phân huỷ sinh học Khi polymer phân huỷ sinh học, phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh kỵ hiếu khí Phân hủy sinh học hiếu khí: Cpolymer+ O2 CO2 + H2O + Ccòn lại + Csinh khối Phân hủy sinh học kỵ khí: Cpolymer CO2 + CH4 + H2O + Ccòn lại + Csinh khối Phân loại Có nhiều cách phân loại polymer phân huỷ sinh học dựa vào cấu trúc, nguồn gốc, dựa vào phương pháp sản xuất, thương mại… Nếu phân loại theo thương mại có ba loại polymer phân huỷ sinh học: polymer khơng biến tính có nguồn gốc tự nhiên dễ bị vi khuẩn - enzyme công, polymer tổng hợp chủ yếu polyester, polymer phân huỷ sinh học tự nhiên biến tính với chất phụ gia chất độn Căn vào phương pháp sản xuất chia polymer phân huỷ sinh học thành ba loại sau: Polymer có nguồn gốc tự nhiên (chiết tách trực tiếp từ nguồn tự nhiên): Đây polymer tạo tự nhiên chu kỳ sinh trưởng thể sống,việc tổng hợp chúng, nói chung bao gồm phản ứng trùng hợp phát triển mạch monome, xúc tác hoạt hoá enzym Các polymer polysaccariche (tinh bột, cellulose) protein (như casein, gluten bột mì) gelatin, chitin chitosan Trong số polymer có nguồn gốc tự nhiên tinh bột loại quan tâm nhiều có nguồn nguyên liệu nhiều giá rẻ có khả gia cơng nóng chảy - ứng dụng thay phần cho loại polymer nhiệt dẻo truyền thống Polymer sản xuất nhờ vi sinh vật vi khuẩn cấy truyền gen Vật liệu polymer sinh học điển hình trường hợp polyhyđroxy – alkanoat; chủ yếu polyhyđroxybutyrat (HB), copolyme HB, Poly (butylene succinate) - PBS, aliphatic polyester, Poly (ε-caprolactone) PCL, Poly (vinyl alcohol) PVA hyđroxyvalerat (tên thương mại biopol) Polymer sản xuất phương pháp tổng hợp hóa học từ monomer: Đây loại polymer sản xuất người Các thể loại polymer phân huỷ sinh học tổng hợp bao gồm polyeste béo với liên kết hydro chuỗi polymer Ví dụ như: Polylactide PLA, Poly(3-hydroxybutyrate) PHB, polylactat polyeste sinh học polyme hóa từ monome axit lactic Các monomer sản xuất nhờ phương pháp lên men cacbonhydrat tự nhiên Trong loại polymer PLA thu hút nhiều quan tâm nguồn gốc thân thiện mơi trường khả cân CO2 sau phân hủy so sánh với vật liệu bắt nguồn từ dầu mỏ Những polymer sinh học có mặt thị trường qua công ty Mitsui Chemicals, Novamont, Dupon, Bayer… đặc biệt PLA, loại polymer nhiệt dẻo tổng hợp có đặc tính phân hủy sinh học, sản xuất ứng dụng thương mại nhiều công ty lớn NatureWorks, BASF, Novamont Trong polymer phân hủy sinh học có nguồn gốc thực vật thương mại hóa Brazil Nhật Thị trường cho loại polymer phát triển nhanh với doanh thu tăng 20-30% năm năm 2000[6] Chỉ Bắc Mỹ, người ta dự trù tăng sản lượng từ 9090 năm 2000 lên khoảng 17500 vào năm 2005 doanh thu mong đợi tăng từ 150 triệu đô la vào năm 2000 lên 1,4 tỷ đô la năm 2005[7] Triển vọng trữ lượng sản xuất nhựa phân hủy sinh học từ nguồn vật liệu tái sinh từ dầu mỏ đến năm 2010 minh họa hình 2[8] cho thấy phát triển phụ thuộc vào vật liệu tái sinh Thêm vào đó, thị trường cho nhựa phân hủy sinh học phát triển từ số năm 1990 đến 600,000 năm nay, phần lớn vật liệu tái sinh[9] Do lượng tiêu thụ polymer phân hủy sinh học tính Châu Âu lên tới gần 10 triệu năm trước năm 2020 Hình Sản lượng nhựa phân hủy sinh học toàn cầu Do việc sử dụng sản phẩm dựa hóa thạch không bền vững để khắc phục phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch polyme, nhà khoa học nỗ lực nghiên cứu để sản xuất "polymer mới” sử dụng tài nguyên tái tạo tự nhiên, với tỷ lệ CO2 thoát tương đương với lượng CO2 Và Để sản xuất đủ vật liệu composite tái sinh phân huỷ sinh học, polymer pha gia cường phải lấy từ nguồn tài nguyên tái tạo, thường sản xuất nhà máy khoảng thời gian năm Vì với tính chất vượt trội mặt phân hủy sinh học so với polymer có nguồn gốc dầu hỏa, polymer phân hủy sinh học có tiềm thương mại lớn sớm cạnh tranh với loại nhựa thương mại Nhưng số tính chất độ cứng, biến dạng nhiệt độ không cao, hấp thụ khí độ ẩm lớn, độ chảy nhớt thấp gây khó khăn cho gia cơng… nhược điểm lớn loại polymer sinh học giới hạn khả ứng dụng Vì vậy, việc biến tính gia cường cho polymer phân hủy sinh học hướng nghiên cứu cần thiết nhằm làm cải thiện nhược điểm tính chất có loại vật liệu hệ hướng phát triển bảo vệ môi trường tương lai [1, 10] Theo đó, nhiều nỗ lực thực để phát triển vật liệu Ngoài ra, nỗ lực thực để thành lập trung tâm kỹ nghệ để phát triển vật liệu phân huỷ sinh học Một số ví dụ Bio Fiber Net, diễn đàn cho ngành công nghiệp học viện, Hiệp hội Polyme phân hủy sinh học quốc tế nhóm cơng tác châu Âu (IBAW), mạng lưới tổ chức lĩnh vực vật liệu sinh học, đặc biệt polyme phân huỷ sinh học Khả mở rộng việc sử dụng sợi lignocellulosic để sản xuất lâu dài sản phẩm công nghiệp thông qua mạng vậy[21] Nỗ lực để thay vật liệu biocomposite từ gỗ tăng năm gần đây[22, 23] I.3 Khả phân hủy sinh học polymer Hầu hết polymer thương mại có nguồn gốc từ dầu mỏ, có giá gia tăng, khơng ổn định không phân hủy Hơn nữa, sản xuất vật liệu dựa hóa thạch dầu khí hàng trăm năm phân hủy[11], khoảng từi 1-10 năm việc chuyển đổi hóa học thành CO2 (Hình 3) Bên cạnh đó, vấn đề chất thải rắn nhựa sau sử dụng tăng tầm quan trọng polyme vật liệu composite phân huỷ sinh học Cho nên việc sử dụng polyme có khả phân huỷ sinh học tham số thiết kế quan trọng cho việc mở thị trường cho việc phát triển sản phẩm có giá trị từ polymer thiên nhiên [12, 13] Cơ chế phân hủy sinh học Phản ứng phân huỷ polymer phản ứng hoá học làm đứt liên kết đại phân tử polymer dẫn đến làm giảm khối lượng phân tử không làm thay đổi thành phần hố học Cơ chế phân hủy polymer trải qua hai giai đoạn: Giai đoạn giảm cấp phi sinh học: Trong giai đoạn này, mạch phân tử polymer bị giảm cấp thành đoạn phân tử có trọng lượng thấp đồng thời tạo nhóm chức hoạt động bề mặt polymer Q trình bị tác động ánh sáng, nhiệt độ Bên cạnh q trình giảm cấp giai đoạn xảy theo chế thủy phân hay oxobiodegradation Giai đoạn giảm cấp tác dụng vi sinh vật: Các polymer bị giảm trọng lượng phân tử đến giới hạn bị vi sinh vật (nấm, vi khuẩn, tảo) tiêu thụ mảnh carbon mạch giảm cấp để tạo thành CO2, H2O sinh khối (vi sinh vật giúp cho giảm cấp polymer thơng qua tiêu hố, nhai tiết) Tác nhân gây phân huỷ sinh học Vi sinh vật: Hai loại vi sinh vật gây phân hủy sinh học quan tâm nhiều nấm vi khuẩn Nấm: Nấm có mặt khắp nơi nhân tố gây suy giảm vật liệu Có 80000 chủng loại nấm biết đến, loại vi sinh vật quan trọng gây phân hủy vật liệu Nấm tạo enzyme phá vỡ hợp chất sống (hữu cơ) có thành phần polymer để làm thức ăn cho chúng Ở điều kiện môi trường định độ ẩm cao hay có mặt vật liệu cung cấp thức ăn quan trọng cho phát triển nấm Vi khuẩn: Hoạt động vi khuẩn đơn sản xuất enzym, phá huỷ hợp chất hữu để tạo thức ăn Vi khuẩn dạng hình que, hình mạch có dạng sợi tóc, phần lớn khơng có chất diệp lục Vi khuẩn tồn đất dạng yếm khí hiếu khí nấm cần thiết phải có khơng khí vi khuẩn tác nhân quan trọng làm suy giảm vật liệu Enzyme: Enzyme thực chất xúc tác sinh học có chế hoạt động giống xúc tác hoá học cho trình phân hủy sinh học polymer Khi giảm lượng hoạt hố xuống, chúng tăng tốc độ phản ứng Khi có mặt enzyme tốc độ phản ứng tăng lên 108 -1020 nhiều lần Cấu trúc ba chiều enzyme có dạng gấp khúc dạng túi, tạo vùng bề mặt với cấu trúc bậc đặc trưng tạo nên bề mặt hoạt động.Tại bề mặt hoạt động có tương tác enzyme hợp chất polymer dẫn đến phản ứng hóa học làm phân hủy polymer, tạo sản phẩm đặc biệt Để có hoạt động tối ưu, enzym phải kết hợp với yếu tố bổ trợ ion kim loại: Na, K, Ca, Mg, Zn… Các yếu tố bổ trợ hữu gọi coenzym chúng thay đổi cấu trúc Sự tiếp xúc ban đầu enzym chất tạo điều chỉnh tối ưu vùng hoạt hoá, tạo nên khả liên kết cực đại enzym - hợp chất vật liệu Thông thường đồng tương tác tạo thay đổi gắn với enzym Enzym có nhiều chế hoạt động khác điển hình theo chế oxy hoá sinh học thuỷ phân sinh học Cơ chế phân huỷ sinh học polymer Sản phẩm q trình phân hủy sinh học có liên kết hóa học bị cắt đứt enzyme sinh với độ pH, điều kiện nhiệt độ thời gian phù hợp Sự phù hợp cho ứng dụng cụ thể vật liệu định tính chất học xuống cấp Một số thời gian giảm cấp vật liệu hỗn hợp polymer sinh học số biocomposite hiển thị Bảng 1[2, 20] Hầu vật liệu phân hủy sinh học kể composite giảm cấp nhanh (từ tuần đến tháng) Bảng 1: Thời gian phân hủy số loại vật liệu composite polymer mang tính phân hủy sinh học PCL: Poly(caprolactone); MAH: maleic anhydride; WG: waste gelatin; PVA: poly(vinyl alcohol); SCB: sugar cane bagasse; g: grafting Giảm cấp q trình mà tính chất polymer giảm yếu tố khác như, ánh sáng, nhiệt, cơ… Như hệ suy thối, polymer mạch ngắn khơng có tính chất tốt, vật liệu giòn vòng đời vật liệu bị hạn chế Vì vậy, polymer composite nó, sử dụng ứng dụng ngồi trời, phải có khả chịu điều kiện mơi trường Có chế giảm cấp ổn định polymer biết đến nhiều (Hình 3) Nghiên cứu giảm cấp ổn định polyme phần quan trọng từ quan điểm khoa học công nghiệp hiểu biết tốt giảm cấp polymer bảo đảm ứng dụng lâu dài sản phẩm Có nghiên cứu độ bền nhựa nhiệt dẻo đạt so với kỹ thuật gia công biến đổi tính chất học chúng 10 amin phân tử, tính chất chủ yếu phụ thuộc vào tính acid nhóm NH3 Khả trao đổi anion baz yếu chitosan tinh khiết áp dụng việc phát triển bề mặt cảm biến để phát anion cách phủ chitosan lên bề mặt điện cực cacbon thủy tinh Tuy nhiên, thiết bị thiếu xác lâu dài thay đổi đặc tính màng phim chitosan Sự ổn định màng phim chitosan tăng lên cách kết hợp lớp organosilicic tạo quy trình solgel[1,2] Trên sở tảng này, Darder cộng sự[51] đan xen chitosan với lớp silicat để tạo nancomposite cách để nâng cao cảm biến mạnh mẽ ổn định, dùng để phương tiện truyền phát anion môi trường nước Hình 11: Cấu trúc phân tử chitosan Polylactide (PLA) Poly (lactic acid) viết tắt PLA polymer mà người tổng hợp Năm 1833, Gay Lussac điều chế thành công PLA đun nóng LA Năm 1932, sở lý luận việc tổng hợp PLA phát minh Wallace Carothers – cha đẻ polieste đại Từ năm 1960, người ta ý tới tính tương hợp phân huỷ sinh học PLA Tuy nhiên, giá thành cao nên áp dụng nghành y tế như: khâu tự tiêu, vỏ bọc thuốc nhả chậm, số chi tiết cấy ghép tạm… Nhưng từ thập niên 80, vấn đề rác thải gây ô nhiễm môi trường vật liệu bao gói vật liệu khác có nguồn gốc hố dầu vật liệu dễ phân huỷ PLA bắt đầu quan tâm, ý nhiều Năm 1987, tập đồn sản xuất nơng nghiệp Cargill Mỹ bắt đầu nghiên cứu sản xuất PLA từ tinh bột ngô Đến năm 2002, nhà máy sản xuất PLA quy mô công nghiệp Nebraska với công suất 140.000 PLA/năm.Việc sử dụng PLA giải triệt để hai vấn đề cấp bách nay: nhiễm mơi trường polymer bao bì có nguồn gốc dầu mỏ khó bị phân huỷ cạn kiệt dầu mỏ tương lai [76, 79] Cấu trúc mạch hóa học PLA, bao gồm cấu trúc mạch, hình thể, độ điều hòa… PLA polymer phân nhánh chứa carbon bất đối xứng với hai loại cấu trúc hai đồng phân quang học, L D-lactic acid Trong thương mại PLA hỗn hợp PLLA PDLA hay copolymer PDLLA, polymer hóa từ LLA va DLLA Trong PLLA thành phần chính, PLLA chiếm 90% PLA có cấu trúc tinh thể, ngược lại có cấu trúc bán tinh thể, nhiệt độ thủy tinh hóa độ tinh thể PLA giảm lượng PLLA giảm, PLLA điều chế từ nguồn nguyên liệu tái tạo 20 Hình 12: Cấu trúc mạch phân tử PLA PLA loại nhựa cứng bóng, nhiệt độ thủy tinh hóa PLA từ 50-70oC, giòn nhiệt độ phòng, có modulus cao, độ bền nhiệt- kháng va đập thấp, độ dãn dài kéo tương đối thấp 2-10%, modulus kéo 3000-4000Mpa độ bền kéo 50 -70 Mpa Vì số ứng dụng như: bao bì, loại hộp đựng…, PLA bị hạn chế độ dãn dài kéo tương đối thấp 2-10% giòn PLA thể vơ định hình thường gia cơng ép phun có khả kết tinh chậm Theo Carothers, chất q trình phân huỷ PLA thuỷ phân PLA, PLA polyeste béo Nước bị hấp phụ làm đứt liên kết este dẫn tới giảm liên tục khối lượng phân tử PLA Tốc độ phản ứng thuỷ phân phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm nhiệt độ môi trường phân huỷ Cơ chế thuỷ phân PLA PLA có nhiều ứng dụng quan trọng, tổng hợp từ nguồn sinh học, tái tạo, có tính chất học tốt phân hủy sinh học môi trường chôn lấp Sau vài ứng dụng PLA thương mại : St t Tên thương mại Ứng dụng ECO&B Hãng sản xuất Quần áo, màng phủ nông nghiệp, cho trồng, đồ dùng văn phòng Túi đựng rau hoa Vật liệu bao gói Cốc, dao, nĩa, thìa, túi, Dụng cụ ăn uống, vật liệu bao gói, đồ khay… dùng văn phòng NTT Neomeit okuriku Horiaki Minima Technology Anpan Hộp đựng thực phẩm, hộp giấy Daito Mecatronics Vật liệu bao gói, đồ dùng văn phòng 21 Vỏ đồ hộp đựng thực phẩm Vật liệu bao gói Office Media Bảng 2: Một số ứng dụng thương mại I.5 Ứng dụng Để ứng dụng rộng rãi thực tế polymer tự phân huỷ cần phải có tính cạnh tranh với sản phẩm polymer truyền thống nay, chẳng hạn tính chất lý giá thành Vì việc phát triển bền vững hồn thiện tính chất: linh hoạt, đàn hồi, độ dẻo hết tính bền loại polymer phân huỷ sinh học mục tiêu nghiên cứu nhiều năm qua Các ứng dụng polymer phân hủy sinh học thường tập trung vào lĩnh vực y học, nông nghiệp, hàng tiêu dùng Ứng dụng nông nghiệp Màng mỏng chất dẻo ứng dụng nông nghiệp làm màng phủ che đất, hom ươm cây…Màng chất dẻo có tác dụng giữ ẩm cho đất, ngăn chặn cỏ dại phát triển, có tác dụng ổn định đất, tránh phát triển sinh vật có hại tăng tốc độ phát triển cho trồng Tuy nhiên thân chất dẻo không bị phân huỷ đất sau sử dụng rể phát triển lên Do đó, vật liệu phân huỷ sinh học bắt đầu sử dụng rộng rãi để làm màng che phủ cho đất nông nghiệp nhờ khả tự phân huỷ sau thời gian định tác dụng nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng vi sinh vật đất mà không hại cho mùa vụ Với loại màng phim phân huỷ sở tinh bột với polyvinylalcol, copolyetylen-acrylic axit, polylatic axit dễ bị vi sinh vật đất phân huỷ Ứng dụng y học Một số ứng dụng vật liệu phân huỷ tương thích sinh học lĩnh vực y sinh như: ٠Thay mơ bị bệnh khơng khả hoạt động nữa: ví dụ thay khớp, ốc vít cố định xương van tim nhân tạo, cấy lại răng, kính áp tròng ٠ Làm vật tựa cho tế bào phải chữa trị, bao gồm khâu, xương gãy, dây chằng, gân… ٠ Thay toàn phần chức quan thẩm tách máu (thay chức thận), thở oxi… ٠ Phân phối thuốc cho thể đến nơi tế bào bị bệnh trì tốc độ phân phối (như thuốc tránh thai…) Ứng dụng công nghiệp thực phẩm 22 Trong công nghiệp thực phẩm polymer phân huỷ sinh học ứng dụng làm bao bì, túi đựng rác, túi đựng thực phẩm, giấy gói, kem đánh răng, sợi màng… Như với vấn đề nhiễm rác thải bao bì nhựa gây giới có hai giải pháp đề sau: Giải pháp 1: Đó sử dụng vật liệu nhựa phân hủy sinh học Đây loại nhựa có khả tự phân hủy nhanh chóng hoàn toàn thành CO2 nước sau sử dụng Trên giới có số sản phẩm nhựa phân hủy sinh học thương mại hóa Tuy nhiên loại sản phẩm có giá thành đắt (gấp từ đến lần so với sản phẩm bao bì nhựa thơng thường) tính chất chưa đáp ứng yêu cầu sử dụng cao đa dạng Vì giải pháp chưa thật khả thi để đáp ứng nhu cầu sử dụng lớn bao bì thị trường Giải pháp 2: Vẫn sử dụng loại nhựa thơng thường dùng cho sản xuất bao bì đưa vào số chất phụ gia đóng vai trò tác nhân gây giảm cấp phân mảnh vật liệu Sản phẩm giải pháp bi phân rã thành mảnh nhỏ theo thời gian Trong giai đoạn nay, số cơng ty bao bì nhựa Việt Nam theo chiều hướng sử dụng chất phụ gia tự hủy nhập từ nước ngồi để sản xuất bao bì tự hủy Tuy nhiên, theo nghiên cứu, chất phụ gia sử dụng lượng ít, có tác dụng chủ yếu bẻ gãy kết cấu làm sản phẩm nhựa rã thành mảnh nhỏ, khơng phân hủy hồn tồn Như vây nhược điểm loại bao bì giả phân hủy có giá thành sản phẩm mắc so với loại bao bì thơng thường (so với loại tái chế loại ngun sinh), ngồi nhược điểm lớn loại bao bì phân rã sản phẩm thời gian lưu kho chờ đưa thị trường bị phân rã chất phụ gia vốn tác nhân oxy hóa gây ra, tới tay người tiêu dùng sản phẩm bị giảm cấp bị giảm tính thành phẩm Đó chưa kể tác chất phụ gia có gốc từ nguyên tố kim loại nặng, gây tác dụng phụ gây ô nhiễm nguồn nước nguồn đất, gây ngộ độc cho người tiêu dùng bao bì sử dụng để đựng thực phẩm Với nhược điểm chưa thể khắc phục hai phương pháp tạo bao bì thân thiên mơi trường nêu trên, chúng tơi nhà nghiên cứu thuộc Khoa Hóa kết hợp với Khoa Khoa Học Vật Liệu, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, TpHCM xác định tập trung theo hướng nghiên cứu khả thi, với quy trình cơng nghệ sản xuất đơn giản tạo loại vật liệu bao bì thân thiện với mơi trường có giá thành hồn tồn cạnh tranh thay loại bao bì truyền thống sử dụng thị trường vốn gây nhiều ô nhiễm cho môi trường sống, loại nguyên vật liệu tái sinh có nguồn gốc từ thực vật Hướng ứng dụng giải pháp thay cho phụ vào thuộc sản phẩm vật liệu nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ cạn kiệt dần Giải pháp 3: Tuy nhiên giải pháp khả thi khác cho phép tạo loại vật liệu bao bì thân thiện với mơi trường Đó giảm dần hàm lượng sử dụng nhựa thơng thường (PE, PP…) bao bì độn thêm vào loại chất độn có nguồn gốc từ thực vật kết hợp với phần loại polymer có khả tự phân hủy sinh 23 học Đây giải pháp thực khả thi, điều kiện nước, với ưu điểm quy trình cơng nghệ sản xuất đơn giản, tính chất sản phẩm tạo thành chấp nhận đặc biệt giá thành sản xuất sản phẩm rẻ so với loại bao bì thơng thường Thuận lợi loại vật liệu bao bì có chứa hàm lượng chất độn phân hủy sinh học cao (>35%) có khả thứ làm giảm giá thành sản phẩm (so với loại bao bì làm từ 100% hạt nhựa PE, bao bì sản phẩm tạo thành từ giải pháp 2) giảm dần phụ thuộc ngành bao bì vào loại hat nhựa này, vốn nguồn tài nguyên khai thác từ dầu mỏ cạn kiệt dần; Thuận lợi thứ hai vật liệu có khả gây kích thích phân rã sinh học nhanh (từ hàng trăm năm xuống vài năm) cho hạt nhựa (PE, PP…) tồn chung với loại chất độn thực vật này, chôn môi trường đất tự nhiên Và sản phẩm xử lý phương pháp đốt rác thải qua tính tốn, nhóm nghiên cứu chúng tơi cho thấy hàm lượng khí thải CO2 thải giảm gần 30% so với lượng khí thải từ sản phẩm truyền thống Như vậy, với ba giải pháp nêu giải pháp thứ đưa với tính khả thi cao thời điểm nay, với ưu điểm sản phẩm về: i/ cơng nghệ sản xuất sử dụng loại thiết bị thổi bao bì sẵn có nhà máy bao bì việt nam để tạo loại vật liệu (hiệu khả ứng dụng đại trà; ii/ Tính chất sản phẩm chấp nhận so với loại bao bì thông thường (hiệu chất lượng sản phẩm thay thế; iii/ Giá thành sản phẩm tạo thành rẻ giá sàn phẩm bao bì loại bán thị trường (hiệu kinh tế) Và giải pháp thứ bước đệm trung gian tạo tiền đề cho việc giảm dần hàm lượng nhựa dầu mỏ tồn sản phẩm cách thay loại polymer có khả tự hủy sinh học hướng đến bước hoàn thiện cho giải pháp Và dựa giải pháp thứ này, tạo thành công loại sản phẩm bao bì thân thiện mơi trường có khả phân hủy sinh học cao sở sử dụng hàm lượng tinh bột cao (30%) nhựa PE PP Sản phẩm ứng dụng sản xuất công nghiệp theo phương pháp gia công tạo hạt dùng nguồn nguyện liệu hạt với mục đích tạo thành phẩm bao bì (xem hình 1) vật liệu nhựa có ứng dụng thơng thường (xem hình 2) Hiện loại hạt PE/tinh bột PP/tinh bột (xem hình 4) cơng ty thương mại hóa cung cấp chủ yếu sang cho thị trường tiêu thụ Nhật Bản 24 Hình 1: Sản phẩm bao bì thân thiện mơi trường gia cơng từ hạt nhựa PE/tinh bột (Sản phẩm công ty biostarch Co.) Hình 2: Sản phẩm thùng rác thân thiện môi trường gia công từ hạt nhựa PP/tinh bột (Sản phẩm cơng ty biostarch Co.) Hình 3: Hạt nhựa PE/tinh bột Hình 4: Hạt nhựa PP/tinh bột (Sản phẩm công ty biostarch Co.) Sản phẩm hạt nhựa có chứa chất độn sinh học, phân tích, có hình thái tính chất lý hóa sau: Kết 25 Thông số mô tả sản phẩm Hạt nhựa PE/tinh bột Hình thái Hình trụ tròn có màu vàng nhạt Mùi vị Có mùi nhẹ tinh bột nấu chín, khơng gây kích ứng tiếp xúc qua da, đường hô hấp miệng Hạt nhựa PP/tinh bột Tỷ trọng Độ tan nước Không tan Độ tan dung môi hữu Không tan Độ ẩm Độ độc tố Vật liệu khơng chứa chất độc hóa học theo mục 313 tiêu đề III luật sửa đổi Amendments Reauthorization năm 1986 40 CFR phần 372 Độ bền lưu trữ Bền với điều kiện sử dụng thông thường lưu giữ bảo quản nơi khơ nhiệt độ từ 10-300C Tính cháy Hoạt tính gây nổ Nhiệt độ chảy Nhiệt độ gia cơng Chỉ số chảy Độ truyền qua Module đàn hồi Độ dãn dài Độ cứng Bảng mô tả thông số đặc tính hóa lý sản phẩm hạt nhựa PE/tinh bột PP/tinh bột 26 Với đặc tính sản phẩm mô tả phần tài nguyên môi trường Nhật đánh giá sáu sản phẩm tiêu biểu thân thiện với mơi trường Nhật Bản Vì sản phẩm xử lý theo phương pháp đốt rác thải hàm lượng khí CO CO2 sinh giảm thiểu nhiều so với sản phẩm loại có nguồn gốc từ nhựa truyền thống Và chôn môi trường đất ẩm thông thường, thi vòng tháng loại vật liệu bắt đầu tiến hành trình phân rã hàm lượng tinh bột bị vi sinh phân hủy tiếp sau gây q trình bắt đầu giảm cấp sinh học thành phần nhựa PE (hình 5) Dự tính q trình bắt đầu phân rã sinh học đến phân hủy sinh học hoàn toàn loại vật liệu khoảng từ tháng đến năm 27 Hình 5: Ảnh bao bì trước phân hủy sau chơn đất vòng 52 ngày (Sản phẩm cơng ty biostarch Co.) Ngồi ra, theo nguồn từ Thời Báo Kinh Tế Sài Gòn: “Dự thảo Luật Thuế mơi trường dự kiến trình Quốc hội thơng qua năm 2010 bắt đầu có hiệu lực thi hành từ ngày 1-1-2012 Trong đó, điều dự thảo luật quy định: đối tượng chịu thuế “sản phẩm sản xuất, nhập gây tác động xấu đến môi trường sức khỏe người, có hạt bột nhựa từ sản phẩm hóa dầu, nhựa màng mỏng, phế liệu nhựa nhập khẩu…” Bên cạnh đó, điều dự thảo luật quy định đối tượng chịu thuế môi trường sản phẩm quy định điều thân thiện với môi trường.” Như với hiệu sản phẩm khởi đầu từ giải pháp này, với quy định phủ việc áp giá thuế cho sản phẩm bao bì thơng thường PE, PP, EVA… chúng tơi hy vọng đưa cho thị trường loại sản phẩm bao bì mang tính thân thiện với mơi trường, dần thay loại bao bì nhựa thông thường bắt nguồn từ dầu mỏ vốn gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường sống Với đội ngũ nhà nghiên cứu có kinh nghiệm lĩnh vực từ trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Phòng Thí Nghiệm Polymer (Khoa Hóa kết hợp với Khoa Khoa Học Vật Liệu) không ngừng nghiên cứu phát triển đến dòng sản phẩm nhựa phân hủy sinh học mang tính thân thiện với mơi trường, với mục tiêu góp phần giải phần sử lệ thuộc vào nguồn sản phẩm nhựa bặt nguồn từ dầu mỏ, cải thiện vấn đề gây ô nhiễm từ rác thải bao bì nhựa mơi trường Trên sở đó, vấn đề cấp thiết chế tạo loại polymer “xanh” khơng có chất độc q trình sản xuất phân hủy môi trường tự nhiên Hiện khắp giới nhà khoa học công nghệ nghiên cứu phát triển vật liệu phân hủy sinh học với tính chất chấp nhận Với đội ngũ nhà nghiên cứu có trình độ cao từ trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, không ngừng nghiên cứu phát triển đến dòng sản phẩm nhựa phân hủy sinh học mang tính thân thiện với mơi trường đặt mục tiêu giải vấn đề ô nhiễm từ rác thải bao bì nhựa mơi trường 28 Xác định tính chất hạt nhựa bao bì phân hủy sinh học A Tiêu chuẩn nguyên vật liệu đầu vào để đảm bảo bảo đạt chất lượng sử dụng cho sản xuất: I/ Hạt nhựa HDPE Tính chất hạt nhựa nguyên vật liệu HDPE Tính chất Chỉ số chảy vật lý 1900 C Tỉ trọng Tính chất ứng suất điểm đứt Độ bền căng điểm đút Độ dãn dài điểm đứt Va đập Đơn vị g/10 phút Phương pháp kiểm tra ASTM D1238 Thông số đo g/cm3 ISO 1183 Kg/cm2 ASTM D638 250 Kg/cm2 ASTM D638 390 ASTM D638 Trên 500 ASTM D256 30 ASTM D1693 Trên 600 ASTM D2117 131 0.04 0.952 % Kg.cm/cm Tính chất hóa học Chống ứng suất nứt Tính chất hóa học Điểm chảy % II/ Tinh bột sắn Hình thái Kích thước hạt (μm) Độ ẩm (%) Độ pH Độ nhớt (RVU, Rapid Visco Analyzer, 3g/25ml) Độ trắng (%) Hàm lượng SO2 (%) Hàm lượng tro (%) Dạng bột mịn trắng 3-34 13.39 4.27 735 96.8 29.43 0.18 29 Hàm lượng amylase (%) Hàm lượng tinh bột (amylase pectine) (%) Nhiệt độ hóa dẻo (3g/25ml H2O) (0C) Khối lượng bao bì đóng gói (kg) ~ 17 - 20 ~ 83 - 80 80 50 B Tiêu chuẩn sản phẩm đầu để đảm bảo bảo đạt chất lượng tiêu dùng I/ Độ ẩm Giới thiệu Trong ngành sản xuất nhựa, xác định độ ẩm đóng vai trò quan trọng để định chất lượng sản phẩm đầu giúp Doanh nghiệp tiết kiệm chi phí sản xuất, chi phí khấu hao máy móc Nếu khơng xác định độ ẩm hạt nhựa xác truớc đưa vào khuôn, sản phẩm đầu khơng đạt hình thái chất lượng mong muốn với số vấn đề xảy thành phẩm tạo khối liên kết không tốt, dễ vỡ, có bong bóng khí, độ suốt khơng đạt, dễ bị dính gây hư hại khn Có số loại hạt nhựa khơng hấp thụ ẩm, có số hạt nhựa hấp thụ ẩm cao trình vận chuyển Vì giá trị độ ẩm ghi bao bì có giá trị tham khảo Ở Việt Nam, năm gần ngành sản xuất nhựa phát triển nhanh sản phẩm Việt xuất sang nước Châu Âu, Mỹ, Á chất lượng sản phẩm đầu yếu tố then chốt thành công hàng Việt Nam khơng thể cạnh tranh với sản phẩm nước ngồi, đặc biệt với Trung Quốc, giá Hiện tại, ngồi nước có nhiều phương pháp tiến hành khác khâu kiểm định thành phần độ ẩm có hạt nhựa nguyên vật liệu thành phẩm sản xuất Cách xác định độ ẩm hạt nhựa Xác định thao tác thí nghiệm: Cách thông thường tiến cân hạt nhựa sau đem sấy chân khơng nhiệt độ khoảng 1000C để loại trừ độ ẩm, sau cân lại khối lượng sau sấy Phương pháp tiến hành sản phẩm đem cân không thay đổi khối lương Sự chênh lệch khối lượng sản phẩm trước sau sấy giúp xác định % độ ẩm hạt tồn hạt nhựa Phương thực nghiệm có ưu điểm thao tác tiến hành đơn giản, tốn kém, nhiên độ sai số kết tương đối cao Xác định máy phân tích độ ẩm: Phương pháp xác định cách đưa mẫu test vào hệ thống mày đặt buồng máy có trang bị hệ thống sấy tự động Hệ thống sấy áp dụng công nghệ đèn halogen Kết nhận sau sấy: % độ ẩm, % solids, thời gia sấy, nhiệt độ sấy, tên mẫu test biểu đồ thời gian sấy Phương thực nghiệm có ưu điểm thao tác tiến hành 30 đơn giản với kết đạt có độ xác cao 0.01%, nhiên độ xác tùy thuộc vào chất nhạy độ ẩm loại mẫu test II/ Chỉ số chảy nhựa (MFI) Giới thiệu Chỉ số MFI đại lượng để đánh giá phân tử lượng trung bình khối đại lượng tỷ lệ nghịch với độ nhớt nóng chảy, hay nói cách khác, số MFI dùng để xác định điều kiện nhiệt độ gia công nhựa điều khiển q trình nóng chảy vật liệu trình phối trộn hỗn hợp vật liệu hiệu Thông thường, polymer có số MFI cao sử dụng kỹ thuật gia công nhựa ép phun, thổi màng bao bì, polymer có MFI thấp sử dụng để ép phun áp lực cao hay ép đùn Ngoài ra, việc xác định số chảy phụ gia masterbatch quan trọng, MFI thể tính dễ phân tán hợp chất vào hỗn hợp polymer thực gia cơng nóng chảy nhựa máy ép phun máy thổi màng Cách xác định số chảy hạt nhựa Máy đo số chảy bao gồm nòng gia nhiệt piston Tải trọng đặt lên piston để tạo áp lực lên khối nhựa chảy nhớt nhiệt độ cao, dòng nhựa ngồi thơng qua đầu khn có kích thước nhỏ khoảng mm Khối lượng nhựa chảy 10 phút gọi số chảy, đơn vị gam/10 phút (hay gọi số MFI, viết tắt Melt Flow Index) Chỉ số chảy liên quan đến đến độ nhớt polymer hay tính kháng dòng chảy ứng suất nhiệt độ cố định Chỉ số chảy đo tuân theo tiêu chuẩn ASTM D1238 ISO 1133, hai chuẩn Tuy nhiên số chi tiết thao tác đo khác nhau, nên đem loại nhựa đo theo tiêu chuẩn kết khác Mỗi tiêu chuẩn có hai quy trình thao tác đo khác là: Quy trình A Quy trình B Quy trình A vận hành tay, đem cân tính kết Quy trình B đơn giản hơn, khơng cần phải cắt theo thời gian cố định không cần cân cả, đo dựa thể tích nhựa chảy Thể tích nhựa đùn có thể tích định Theo cấu trúc hình học xylanh đoạn đường piston khoảng thời gian, nên thu vận tốc thể tích chảy thời gian ml/10 phút Từ giá trị này, dựa vào tỷ trọng nhựa máy tự động suy số chảy nhựa Thuận lợi Procedure B so với Procedure A lấy 20, 30, 40 số liệu lần đo, tính tốn kết theo quy tắc thống kê Tuy nhiên, kết khơng có xuất bọt khí hay chất bẩn mẫu nhựa chảy Thuận lợi thứ hai số liệu bị sai số thao tác người đo, nên kết độ lặp lại cao 31 III/ Tính chất lý Đây tính chất quan trọng định khả ứng dụng sản phẩm thực tiễn Các tính chất đặc trưng để đánh giá lý sản phẩm là: độ bền kéo, độ dãn dài, độ bền xé, độ bền uốn độ bền va đập Sau số tiếu chuẩn đo dùng để đánh giá tính chất lý sản phẩm: Tiêu chuẩn ASTM D638, ISO 527: dùng để đánh giá độ bền kéo, độ dãn dài kéo sản phẩm dạng ép khối Tiêu chuẩn ASTM D882: dùng để đánh giá độ bền kéo, độ dãn dài kéo sản phẩm dạng màng bao bì ASTM D256, ISO 180: dùng để đánh giá độ bền va đập sản phẩm dạng ép khối ASTM D1922 D1004: dùng để đánh giá độ kháng xé sản phẩm dạng màng bao bì ASTM D790, ISO 178: dùng để đánh giá độ bền uốn sản phẩm dạng ép khối IV/ Sự phân hủy hạt nhựa bao bì Giới thiệu khả phân hủy sinh học Các loại nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ hay sinh học có khả phân hủy sinh học, có nghĩa chúng bị phân hủy tác kích từ bên độ ẩm, oxy, nhiệt độ, ánh sáng vi sinh vật điều kiện thích hợp Tuy nhiên điểm khác biệt loại nhựa thời gian phân hủy Nếu trình phân hủy sinh học vật liệu xảy với tốc độ chậm (> 50 năm) loại vật liệu xếp vào loại nhựa có tên gọi khơng phân hủy sinh học (thông thường loại nhựa bắt nguồn từ dầu mỏ PE, PP…) Và ngược lại vật liệu có tiến trình phân hủy hồn toàn) thành CO2, H2O chất mùn hữu cơ, thời gian ngắn (vài tháng) tác kích vi sinh vật (có kèm theo điều kiện độ ẩm nhiệt độ), gọi vật liệu phân hủy sinh học Tuy nhiên nhược điểm lớn sản phẩm nhựa phân hủy sinh học độ kháng thấm khí, kháng ẩm độ bền lý kém, phổ biến sản xuất người ta thường chọn giải pháp sử dụng nhựa tổng hợp thông thường đưa thêm phụ gia gây kích thích phân hủy quang oxy hóa để gây phân hủy nhanh cho vật liệu Hoặc đưa giải pháp tạo hỗn hợp phối trộn nhựa tổng hợp (hàm lượng ít) với nhựa phân hủy sinh học nhằm cải thiện nhược điểm tính chất sản phẩm phân hủy sinh học Việc sản xuất sử dụng nhựa sinh học nói chung xem có khả trì so sánh với sản xuất nhựa từ dầu hoả, phụ thuộc vào nguồn ngun liệu hóa thạch (hình thành từ xác động vật bị phân hủy) nguồn cacbon, tạo khí CO2 hạn chế hiệu ứng nhà kính trình phân huỷ phương pháp đốt rác thải V/ Những quy đinh phân loại sản phẩm nhựa tự hủy sinh học 32 Thế hệ thứ 1: vật liệu hình thành từ việc trộn nhựa dầu mỏ tinh bột tinh bột gelatin hóa Tinh bột dùng phụ gia kết nối phân tử nhựa Sau sử dụng, sản phẩm thường xử lý phương pháp chơn lấp Sau đó, tinh bột bị thủy phân vi sinh vật có đất môi trường tự nhiên Sự phân hủy tinh bột làm phát sinh thêm men vi sinh tác kích vào mạch phân tử nhựa xúc tiến gây trình phân hủy sinh học nhựa nhanh Thế hệ thứ 2: polymer tổng hợp có chứa nhóm chức, thường carbonyl ester dễ bị thủy phân cơng vi khuẩn nước mơi trường có pH khác Đây loại vật liệu có khả tự phân hủy sinh học hoàn toàn đại diện polycaprolactone (PCL) Tuy nhiên loại vật liệu có giá thành cao khó gia cơng tạo màng mỏng ứng dụng làm bao bì để thay nhựa polyolefin Thế hệ thứ 3: polymer thu từ trình lên men số vi khuẩn mơi trường yếm khí poly(hydroxybutyrate) (PHB), 3-poly(hydrovalerate) (PHV) poly(hydroxybutyrate-valerate) (PHBV) Loại polymer có khả phân hủy sinh học, dễ bị tác kích nhiều loại vi khuẩn Do vậy, PHB áp dụng rộng rãi y khoa nông nghiệp Thế hệ thứ 4: Trong thời gian gần đây, nhà nghiên cứu tạo phụ gia (prodegradant gốc muối kim loại) gây kích thích phân hủy quang oxy hóa (tác kích tia UV q trình oxy hóa) để gây tự phân hủy nhanh chóng cho nhựa polyolefin VI/ Các tiêu chuẩn đánh giá tính chất sản phẩm phân hủy sinh học Tiêu chuẩn quốc tế EN13432 (được chứng nhn bi Vinỗotte, B) dựng chng nhn mt sn phẩm nhựa sinh học đạt tiêu chuẩn với thị trường Châu Âu, chấp nhận toàn giới tiêu chuẩn với điều kiện đưa khắc khe sản phẩm nhựa phân hủy sinh học Tiêu chuẩn xác định rõ tốc độ mức độ phải phân huỷ nhựa điều kiện để đánh giá phân huỷ sinh học, hỏi phân huỷ vật liệu sinh học phải đạt 90% ủ với khoảng thời gian 90 ngày đạt u cầu Đây cơng bố Tổ Chức Tiêu Chuẩn Quốc Tế ISO chứng nhận nhiều nước Châu Âu, Nhật Bản Mỹ Nhưng xét điều kiện cơng vi khuẩn từ máy ủ phân Tiêu chuẩn sinh hc ASTM D6866-10, cng c chng nhn bi Vinỗotte, B, phương pháp để chứng nhận loại nhựa sinh học có thành phần bắt nguồn từ sinh học Phương pháp giúp đánh giá định lượng thành phần hợp chất bắt nguồn từ sinh học có mẫu thơng qua phương pháp xác định hàm lượng phóng xạ carbon C14 Tiêu chuẩn giành cho loại sản phẩm “xanh” thân thiện với mơi trường có khả giảm thiểu phụ thuộc vào việc sử dụng nguồn nhựa tổng hợp từ hóa dầu Tiêu chuẩn ASTM D6400 cấu khác đánh giá nhựa phân hủy sinh học áp dụng Mỹ, với điều kiện đưa khắc khe đòi hỏi phân huỷ phải đạt khoảng 60% vòng 180 ngày điều kiện máy ủ phân Và số lượng chất phụ gia không tự phân hủy có mẫu đánh giá giới hạn 5% 33 Ngồi có số tiêu chuẩn Mỹ dùng để đánh giá độ phân hủy sản phẩm theo phương pháp khác nhu sau: Tiêu chuẩn ASTM D6954-04, dùng để đánh giá thay đổi nhựa phân hủy môi trường kết hợp q trình oxy hóa phân hủy sinh học; Tiêu chuẩn ASTM D2565: 1999 dùng để khảo sát độ phân hủy theo gia tốc thời tiết sản phẩm; Tiêu chuẩn ASTM5526-94(2002) dùng để khảo sát phân hủy sản phẩm với điều kiện chôn lấp đất; điều kiện chôn lấp cát (theo tiêu chuẩn ASTM D5988-03) 34 ... Mức amylopectin thay đổi loại tinh bột khác Sáp tinh bột gần 100% amylopectin[1,2] Trong tinh bột hai loại polymer tạo hạt có xen kẽ lớp bán kết tinh vơ định hình, lớp hầu hết loại tinh bột có... tinh bột Do đó, làm giảm cường độ liên kết hidro chuỗi dài tinh bột nên xúc tiến phân tử tinh bột chuyển động dễ dàng Nước glycol chất hóa dẻo hiệu làm cho tinh bột chảy phù hợp cho chế tạo tinh... phân hủy sinh học từ nguồn vật liệu tái sinh từ dầu mỏ đến năm 2010 minh họa hình 2[8] cho thấy phát triển phụ thuộc vào vật liệu tái sinh Thêm vào đó, thị trường cho nhựa phân hủy sinh học phát