Vật liệu polyme blend phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột và một số polyeste nhiệt dẻo
Thông qua việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu polyme blend phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột và một số polyeste nhiệt dẻo”, PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng và các cộng sự thuộc Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ (KH&CN) Việt Nam đã xây dựng được quy trình công nghệ và hệ thống dây chuyền thiết bị để sản xuất túi từ hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học đáp ứng theo TCVN và các quy định hiện hành, mở ra nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.
Nhu cầu sử dụng túi nhựa phân hủy sinh học
Việc sử dụng túi chất dẻo đã trở thành thói quen trong đời sống sinh hoạt của con người. Theo thống kê, tại Việt Nam, bình quân mỗi hộ gia đình sử dụng khoảng 1 kg túi chất dẻo/tháng, riêng Hà Nội và TP Hồ Chí Minh trung bình mỗi ngày thải ra môi trường khoảng 80 tấn nhựa. Tuy nhiên, khả năng phân hủy của các sản phẩm này rất kém, các hoạt động chôn lấp, đốt không thể phân hủy chúng mà còn gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Để giải quyết vấn nạn trên, trong một vài thập kỷ qua các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu phát triển các vật liệu nhựa có khả năng phân hủy sinh học.
Ở Việt Nam hiện nay, đã có một số nghiên cứu sử dụng tác nhân xúc tiến oxy hóa (oxo- degradable) để sản xuất các sản phẩm bao bì có khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn. Khi có mặt chất xúc tiến oxy hóa, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm... các màng, túi chất dẻo bị vỡ vụn thành các mảnh nhỏ, đồng thời xuất hiện các nhóm chức ưa nước, tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp cận, đồng hóa và phân hủy hoàn toàn đến CO2 và nước. Hầu hết tất cả các túi mua hàng, túi chất dẻo gắn mác tự phân hủy đều được sản xuất theo công nghệ này.
Với sự phát triển của lĩnh vực vật liệu, có nhiều polyme được sử dụng để chế tạo nhựa phân hủy sinh học đặc biệt là các polyeste nhiệt dẻo như PLA, PBAT, PCL, PVA, PHB.... Tuy nhiên, các polyme này có giá thành tương đối cao, bởi vậy chúng thường được tạo blend với tinh bột để hạ giá thành sản phẩm. Trong khi đó, tinh bột sắn và dong riềng đều là những nguyên liệu sẵn có với giá thành rẻ ở Việt Nam.
Thống kê cho thấy, năng suất sắn của Việt Nam đứng thứ 10 trong số các quốc gia có năng suất cao và là nước xuất khẩu tinh bột sắn lớn thứ 2 trên thế giới sau Thái Lan. Trong khi đó, dong riềng là loại cây được trồng ở hầu hết các tỉnh thuộc trung du và miền núi phía Bắc với diện tích trên 30.000 ha, sản lượng hàng năm khoảng 300.000 tấn củ tươi. Các sản phẩm chế tạo từ tinh bột dong riềng có độ bền cơ lý, mềm dẻo cao. Chính vì vậy việc nghiên cứu chế tạo nhựa phân hủy sinh học trên cơ sở 2 loại tinh bột này và polyeste nhiệt dẻo là một hướng đi đầy hứa hẹn và có triển vọng trong tương lai.
Làm chủ công nghệ chế tạo hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của xã hội và các hiệu quả về môi trường mà sản phẩm phân hủy sinh học mang lại, Viện Hóa học đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu polyme blend phân hủy sinh trên cơ sở tinh bột và một số polyeste nhiệt dẻo” với mục tiêu xây dựng được công nghệ và hệ thống dây chuyền thiết bị để chế tạo hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học từ tinh bột và polyeste nhiệt dẻo; đồng thời xây dựng được công nghệ và hệ thống dây chuyền thiết bị để sản xuất túi từ hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học đáp ứng theo TCVN và các quy định hiện hành của Việt Nam.
Sau thời gian nghiên cứu với sự ủng hộ của các cơ quan quản lý, nhóm thực hiện đề tài đã thu được một số kết quả, cụ thể gồm:
Một là, nghiên cứu xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo tinh bột nhiệt dẻo từ tinh bột dong riềng với chất hóa dẻo glycerol, tỷ lệ tinh bột dong riềng/glycerol 100/30.
Hai là, nghiên cứu chế tạo thành công polyme blend trên cơ sở tinh bột và polyeste nhiệt dẻo theo 2 phương pháp (phương pháp 1 giai đoạn và phương pháp 2 giai đoạn).
Ba là, xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo polyme blend trên cơ sở PBAT và tinh bột dong riềng theo phương pháp 1 giai đoạn và phương pháp 2 giai đoạn.
Túi ni lông tự phân hủy sinh học do đề tài nghiên cứu sản xuất.
Bốn là, nghiên cứu xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất túi chất dẻo thân thiện môi trường từ hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học PBAT/TPS và đánh giá khả năng phân hủy trong các môi trường: hóa chất, compost và đất. Tốc độ phân hủy của túi trong dung dịch NaOH > dung dịch HCl > dung dịch đệm photphat > nước biển nhân tạo, sau 6 tháng ủ trong môi trường compost (theo TCVN 9493) mức độ phân hủy sinh học đạt 76,31%, sau 6 tháng ủ trong môi trường đất (theo TCVN 9494) mức độ phân hủy sinh học đạt 71,35%.
Năm là, xây dựng được dây chuyền thiết bị đồng bộ sản xuất hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học theo phương pháp 1 giai đoạn năng suất tối đa 100 kg/giờ, dây chuyền thiết bị đồng bộ sản xuất hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học theo phương pháp 2 giai đoạn năng suất tối đa 50 kg/giờ và dây chuyền thiết bị đồng bộ sản xuất túi chất dẻo thân thiện môi trường từ hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học năng suất tối đa 500 tấn/năm.
Hạt nhựa phân hủy sinh học - sản phẩm do đề tài chế tạo.
Sáu là, sản xuất được 2.050 kg hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học (phương pháp 1 giai đoạn), 3.080 kg hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học (phương pháp 2 giai đoạn), 2.147 kg túi chất dẻo thân thiện môi trường (kích thước 25x44 cm và 30x50 cm). Các sản phẩm này đã được kiểm định các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm tại các phòng thí nghiệm độc lập, chất lượng đạt yêu cầu so với đăng ký và đáp ứng tiêu chí của Bộ Tài nguyên và Môi trường với mức độ phân hủy sinh học 84,7% sau 91 ngày ủ trong môi trường compost theo tiêu chuẩn ISO 14855-2:2007.
Bên cạnh đó, đề tài đã xây dựng được TCCS cho 3 sản phẩm: hạt nhựa tinh bột nhiệt dẻo, hạt nhựa polyme blend phân hủy sinh học, túi chất dẻo thân thiện môi trường; đồng thời đã nộp đơn và được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn hợp lệ cho 02 bằng độc quyền sáng chế: 1) Quy trình sản xuất tinh bột nhiệt dẻo (TPS) trên cơ sở tinh bột dong riềng và tinh bột nhiệt dẻo trên cơ sở tinh bột dong riềng được sản xuất bằng quy trình này; 2) Quy trình sản xuất nhựa phân hủy sinh học từ polybutyrat adipat terephtalat và tinh bột nhiệt dẻo từ tinh bột dong riềng và nhựa phân hủy sinh học được sản xuất bằng quy trình này.
https://vjst.vn/
