5 điều bạn chưa biết về nhựa Polyme phân hủy sinh học

Posted on

Thị trường hiện nay bắt đầu xuất hiện thêm loại nhựa mới có tên gọi là nhựa polyme phân hủy sinh học. Chúng được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực như: sản xuất bao bì, nông nghiệp, y học… Vậy bạn đã biết gì về loại nhựa này? Nếu chưa hãy cùng AnEco tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

1. Nhựa polyme phân hủy sinh học là gì?

Sản phẩm từ nhựa polyme phân hủy sinh học có thể phân huỷ thành các chất vô cơ hoặc hữu cơ đơn giản và sinh khối
Sản phẩm từ nhựa polyme phân hủy sinh học có thể phân huỷ thành các chất vô cơ hoặc hữu cơ đơn giản và sinh khối

Nhựa polyme phân huỷ sinh học là loại nhựa được cấu thành bởi những polyme có khả năng phân huỷ thành những phân tử đơn giản như CO2, H2O, CH4 và sinh khối. 

Dưới tác động của các yếu tố như: vi sinh vật (xuất hiện trong lúc chôn ủ), ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm… loại nhựa này có thể phân huỷ hoàn toàn trong thời gian ngắn mà không gây ô nhiễm môi trường.

Hiện nay, vì mục đích bảo vệ môi trường nên phần lớn các loại nhựa polyme phân huỷ sinh học đều có nguồn gốc từ các nguyên liệu tái tạo như: tinh bột, xenlulozo, rong biển hoặc vỏ của một số động vật giáp xác như tôm, cua…

2. Tác nhân giúp nhựa polyme phân hủy sinh học

Có rất nhiều tác nhân giúp nhựa polyme phân hủy sinh học và cấu trúc của polyme phân hủy sinh học bị phân hủy bởi:

2.1. Vi sinh vật 

Vi sinh vật là tác nhân chính giúp đẩy nhanh tốc độ phân huỷ sinh học của tất cả các vật liệu. Có rất nhiều loại vi sinh vật có thể phân huỷ nhựa polyme phân huỷ sinh học. Trong đó, nấm và vi khuẩn là hai loại đóng vai trò quan trọng nhất.

  • Nấm: Xuất hiện trên bề mặt của vật liệu trong điều kiện môi trường có không khí và nhiệt độ, độ ẩm cao. Nấm phân huỷ vật liệu nhờ enzyme có trong tế bào của chúng. Sản phẩm sau cùng của phản ứng phân huỷ thường là CO2, N2, CH4, H2O, khoáng chất và sinh khối.
Nhiệt độ lý tưởng để nấm sinh trưởng và phát triển tốt là 50 – 55 độ C, độ ẩm lý tưởng khoảng 80%
Nhiệt độ lý tưởng để nấm sinh trưởng và phát triển tốt là 50 – 55 độ C, độ ẩm lý tưởng khoảng 80%
  • Vi khuẩn: Là những sinh vật đơn bào, thuộc loại ký sinh trùng, có số lượng đông đảo nhất trong tự nhiên. Cơ chế phân huỷ của vi khuẩn cũng tương tự như nấm vậy. Khi chúng “ăn” những mảnh nhựa thì sẽ phá vỡ cấu trúc mạch phân tử, rồi tiêu thụ các chất hữu cơ và sinh ra CO2, H2O, sinh khối, khí metan…
Tuỳ vào môi trường sinh trưởng mà vi khuẩn được chia ra làm hai loại là: vi khuẩn yếm khí và vi khuẩn hiếu khí
Tuỳ vào môi trường sinh trưởng mà vi khuẩn được chia ra làm hai loại là: vi khuẩn yếm khí và vi khuẩn hiếu khí

2.2. Các tác nhân khác

Ảnh sáng có thể làm thay đổi cấu trúc của vật liệu, khiến vật liệu bị biến màu, nứt vỡ và phân huỷ
Ảnh sáng có thể làm thay đổi cấu trúc của vật liệu, khiến vật liệu bị biến màu, nứt vỡ và phân huỷ

Một số tác nhân khác cũng tác động đẩy nhanh quá trình phân hủy sinh học: 

  • Nhiệt độ: Nhiệt độ cũng là tác nhân khiến cho cấu trúc polyme bị phá vỡ khiến vật liệu bị phân rã vào tạo điều kiện cho quá trình phân hủy sinh học. Ngoài ra, đây cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Vì thế có tính quyết định cao đến tốc độ phân huỷ.
  • Độ ẩm: Mỗi loại vi sinh vật sẽ có ngưỡng độ ẩm riêng để sinh trưởng và phát triển. Đa phần vi sinh vật sẽ thực hiện tốt vai trò phân huỷ sinh học nhựa polyme phân huỷ sinh học khi độ ẩm trong không khí khoảng 80% và độ ẩm môi trường > 20%.
  • Ánh sáng: phân huỷ quang là việc sử dụng ánh sáng để làm biến đổi cấu trúc của vật liệu khiến chúng xuống cấp trầm trọng và dễ bị phân rã hơn. Tia cực tím trong ánh sáng sẽ tương tác với các liên kết cacbon bậc 3 trong chuỗi polyme và phá vỡ liên kết này. 

3. Sự khác nhau giữa polyme phân hủy sinh học và polyme không phân hủy sinh học

Để thấy rõ được sự khác nhau mời bạn theo dõi bảng so sánh dưới đây:

Polyme phân huỷ sinh họcPolyme không phân huỷ sinh học
Phân huỷ hoàn toàn thành CO2, H2O, sinh khối và một số khí khác (CH4, H2S)…Không phân huỷ được
Sản xuất từ nguồn nguyên liệu không tái tạo được (dầu mỏ) và tái tạo được (tinh bột, xenlulozo, tảo biển…)Chủ yếu từ các nguồn nguyên liệu không tái tạo được
Cơ tính không quá cao, chịu nhiệt, hóa chất, môi trường ở ngưỡng trung bình.Cơ tính tốt, chịu nhiệt, hóa chất, môi trường tốt
Không tái chế mà thường được tái sinh, chủ yếu  dùng để sản xuất các sản phẩm dùng một lần.Một số sản phẩm có thể tái chế được, giúp tiết kiệm tài nguyên và giảm thiểu rác thải nhựa ra môi trường.

4. Phân loại nhựa polyme phân hủy sinh học

Dựa vào nguyên liệu cấu thành người ta có thể chia nhựa polyme phân huỷ sinh học thành hai loại: có nguồn gốc từ nguyên liệu dầu mỏ và có nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo.

Trong đó, loại nhựa có nguồn gốc từ tài nguyên tái tạo được đánh giá cao hơn rất nhiều về tính thân thiện với môi trường. Và ở phần sau, chúng ta sẽ chỉ đi sâu hơn về một số loại polyme này: 

4.1. Polylactic acid (PLA)

Các sản phẩm dao, thìa, dĩa dùng một lần của AnEco đều có thành phần là PLA
Các sản phẩm dao, thìa, dĩa dùng một lần của AnEco đều có thành phần là PLA

Polylactic acid (PLA) có thành phần chủ yếu là axit lactic có nguồn gốc từ tinh bột tự nhiên (chủ yếu là tinh bột ngô) hoặc từ đường được lấy từ mía hoặc củ cải đường. Đây là nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo sẽ nên giúp giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt. 

Đặc biệt, trong điều kiện ủ thích hợp, nhựa PLA có thể phân huỷ hoàn toàn thành CO2, H2O và sinh khối chỉ trong khoảng 3 – 6 tháng.

Nhựa PLA tương tự như poly ethylene terephtalat (PET) nên có đặc tính cứng, độ đàn hồi cao, độ bền lớn. Chúng thường được ứng dụng để sản xuất các vật liệu như: dao, thìa, dĩa, khay, hộp đựng… .

Xem thêm: Dao, Thìa, Nĩa, Ống hút sinh học AnEco

 

Xem thêm: 4 điều chưa biết về nhựa phân hủy sinh học PLA

4.2. Polyhydroxyalkanoates (PHA) 

Nhựa PHA được tạo thành từ vi khuẩn
Nhựa PHA được tạo thành từ vi khuẩn

Polyhydroxyalkanoate (PHA) là loại nhựa polymer phân huỷ sinh học được sản xuất tự nhiên nhờ vi khuẩn và các mô thực vật biến đổi gen. Trong môi trường thích hợp, PHA cũng phân huỷ hoàn toàn thành CO2, H2O và sinh khối trong thời gian ngắn.

Về ứng dụng, hiện nhựa PHA thường được dùng để đóng gói thực phẩm, làm cốc, đĩa và các sản phẩm y tế như: chỉ khâu, gạc, vỏ thuốc… Tuy nhiên, do chi phí sản xuất cao và quá trình nuôi cấy vi khuẩn khá phức tạp nên hiện nay sản phẩm làm từ nhựa PHA chưa phổ biến.

4.3. Polysaccarit

Túi sinh học phân huỷ của AnEco có thành phần chính là tinh bột ngô
Túi sinh học phân huỷ của AnEco có thành phần chính là tinh bột ngô

Nhóm polysaccarit thường được ứng dụng để sản xuất nhựa polyme phân huỷ sinh học là xenlulozo và tinh bột. Ngoài ra, các polysaccarit này cũng thường được dùng trộn chung với các polyme phân hủy sinh học để tạo ra các sản phẩm có tính phân hủy cao, thân thiện với môi trường hơn.

Ngoài hai loại này thì một số loại khác thuộc nhóm polysaccarit cũng được khai thác ít phổ biến hơn.

Xem thêm: Túi sinh học AnEco

 

4.4. Xenlulozơ 

Xenlulozơ được ứng dụng trong sản xuất vải sợi
Xenlulozơ được ứng dụng trong sản xuất vải sợi

Xenlulozơ là một loại polysacarit có nguồn gốc từ thực vật. Từ xenlulozơ người ta có thể chế tạo ra nhựa cenllulose axetat (CA). Đây là loại nhựa thường được dùng để sản xuất vải sợi, hộp đựng thuốc lá, gọng kính, khung gầm các loại xe ô tô…

Nhựa CA có đặc tính là rất khó hoà tan trong tất cả các dung môi hữu cơ. Chúng chỉ bị phân huỷ khi thực hiện phản ứng thuỷ phân dưới sự tác động của ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và enzyme tiết ra trong nấm và vi khuẩn.

4.5. Chitin/Chitosan

Chitin/Chitosan: là loại polyme kỵ nước nguồn gốc từ động vật (vỏ tôm, cua, vỏ sò), có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa và tạo màng tốt.

Chitin thường được tìm thấy trong vỏ tôm, cua, bò sát và côn trùng. Chitin là tiền đề để sản xuất ra chitosan. Loại nhựa này được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày (túi, mực in…) cũng như trong y khoa (chỉ khâu phẫu thuật, mô cấy ghép…). Tuy nhiên, cũng như PHA, giá thành của Chitosan hiện nay vẫn còn cao.

4.6. Agar

Chai nước được làm từ Agar đang phân hủy
Chai nước được làm từ Agar đang phân hủy

Là loại polyme được sản xuất từ tảo biển. Agar đang được nghiên cứu để sản xuất ra các sản phẩm nhựa sinh học thay thế các sản phẩm làm bằng chất liệu nhựa tổng hợp. 

Hiện nay Agar là nguyên liệu tiềm năng để tạo ra những chiếc túi, vỏ chai dễ dàng phân hủy do đặc tính có thể dễ dàng phân hủy trong môi trường nước, thân thiện với môi trường. 

Ngoài dùng sản xuất các sản phẩm sinh học phân huỷ, Agar cũng được dùng như một chất phụ gia để tạo gel, tạo độ quánh cho mứt dẻo hoặc dùng để trộn vào thịt và xúc xích để giảm chất béo.

4.7. Alginate

Cấu tạo hoá học của Alginate 
Cấu tạo hoá học của Alginate

Alginate hay còn gọi là axit alginic, là loại polyme được sản xuất từ tảo nâu. Alginate có tính ưa nước nên thường được dùng để làm nước sốt, kem, nhân bánh. Ngoài ra, Alginate cũng được dùng làm chất xúc tác để sản xuất cồn công nghiệp và chế phẩm ra Insulin để trị bệnh tiểu đường.

4.8. Carrageenan

Carrageenan có nhiều trong rong biển đỏ
Carrageenan có nhiều trong rong biển đỏ

Carrageenan là loại polyme ưa nước có chiết xuất từ rong biển đỏ. Đây cũng là nguồn nguyên liệu tuyệt vời để chế tạo ra nhựa polyme phân huỷ sinh học. 

Về tính ứng dụng, carrageenan thường được dùng trong ngành công nghiệp sản xuất sữa. Carrageenan được thêm vào sữa để dung dịch không bị lắng cặn, tách váng hay tách chất béo. 

4.9. Collagen/Gelatin

Collagen và Gelatin được ứng dụng nhiều trong làm đẹp và y khoa
Collagen và Gelatin được ứng dụng nhiều trong làm đẹp và y khoa

Collagen/Gelatin là loại polyme có nhiều trong động vật có xương sống. Nhờ sở hữu nhiều đặc tính sinh học độc đáo nên chúng được nghiên cứu để ứng dụng trong y khoa, trong giấy in ảnh và phim nhựa.

5. Ứng dụng của polyme phân hủy sinh học

5.1. Ứng dụng trong nông – lâm nghiệp

Trong nông – lâm nghiệp, polyme phân huỷ sinh học thường được ứng dụng để làm: 

  • Màng phủ: Với đặc tính chống thấm nước, giữ ẩm, giữ nhiệt tốt, màng phủ thường được người dân sử dụng để che nắng, che mưa, ngăn cỏ dại phát triển và ươm mầm cho cây… .
Loại màng phủ polyme phân huỷ sinh học đang được ứng dụng rộng rãi nhất chính là  poly(e-caprolacton)
Loại màng phủ polyme phân huỷ sinh học đang được ứng dụng rộng rãi nhất chính là  poly(e-caprolacton)
  • Màng bảo quản thực phẩm: Một số loại polyme phân huỷ có khả năng kéo thành màng như PBAT, PBS, xenlulozo, chitosan, gelatin… Vậy nên chúng đã được sản xuất thành các màng mỏng để bảo quản thực phẩm thay thế cho các màng bọc từ PE và PP thông thường. 
Nhựa polyme phân hủy sinh học được ứng dụng làm màng bọc thực phẩm
Nhựa polyme phân hủy sinh học được ứng dụng làm màng bọc thực phẩm
  • Chất phụ gia trong ngành công nghiệp thực phẩm: Các polyme phân huỷ sinh học như agar, gelatin, carrageenan, alginate… khi tan trong nước tạo thành dung dịch keo có tính nhớt. Nên chúng thường được dùng làm chất tạo gel để tạo nhân bánh, sản xuất kẹo dẻo, làm nước sốt… 
Riêng chitin và chitosan có khả năng kháng khuẩn nên được dùng làm thuốc trừ sâu và chất bảo quản cho các vật dụng bằng gỗ.
Riêng chitin và chitosan có khả năng kháng khuẩn nên được dùng làm thuốc trừ sâu và chất bảo quản cho các vật dụng bằng gỗ.

5.2. Y – sinh học

Trong lĩnh vực này, polyme phân huỷ sinh học đã được ứng dụng trong việc:

  • Thay thế tế bào bị bệnh hoặc không hoạt động được nữa: Chitosan và collagen là hai loại polyme có tính ứng dụng trong lĩnh vực y học cao. Từ hai loại polyme này người ta chế tạo ra các tế bào nhân tạo mới thay thế cho các tế bào bị bệnh hoặc không còn hoạt động. Ví dụ: 

Mô nhân tạo từ collagen đã được nghiên cứu và chế tạo thành công để thay thế cho những mô da bị hỏng

  • Thay thế toàn bộ hoặc từng phần chức năng của các cơ quan: Ví dụ trong phẫu thuật lắp ghép lại những đoạn xương bị hư hại hoặc gãy nát. Bác sĩ sẽ dùng vật liệu composite giữa chitosan với hydroxyapatite làm chất lấp đầy chỗ trống, giúp khung xương khoẻ và chắc hơn.
Bột xương nhân tạo làm từ polyme phân huỷ sinh học
Bột xương nhân tạo làm từ polyme phân huỷ sinh học
  • Chỉ khâu phẫu thuật: Catgut là loại chỉ khâu phẫu thuật thường dùng trong y khoa. Loại chỉ này có thành phần đến 98% là collagen, giúp giữ vết khâu tốt và đặc biệt là có thể tự tiêu trong vòng 14-21 ngày.
Chỉ phẫu thuật làm từ polyme phân hủy sinh học
Chỉ phẫu thuật làm từ polyme phân hủy sinh học

5.3. Ứng dụng làm bao bì, túi đựng hàng hóa

Polyme phân huỷ sinh học cũng được ứng dụng làm bao bì và túi đựng hàng hóa. Đây là giải pháp hoàn hảo để thay thế cho những loại túi nilon thông thường – loại túi đang là vấn nạn của môi trường hiện nay. 

Những loại polyme phân hủy sinh học như PBAT, PBS, xenlulozơ… có tính linh hoạt và độ dẻo dai cao nên sẽ được ứng dụng nhiều vào sản xuất bao bì, túi đóng gói thực phẩm… .

Có thể nói rằng, nhựa polyme phân huỷ sinh học là bước tiến mới trong lĩnh vực sản xuất nhựa hiện nay. Loại nhựa này được đánh giá là rất an toàn cho sức khoẻ và thân thiện với môi trường. Vì vậy, bạn hãy ưu tiên sử dụng những sản phẩm được làm từ nhựa polyme phân huỷ sinh học nhé!

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *