Túi nilon tự phân hủy sinh học có nguồn gốc từ tinh bột và hạt nhựa polymer blend phân hủy sinh học là sản phẩm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng cùng cộng sự thuộc Viện Hóa học - Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Túi phân hủy từ tinh bột sắn và dong riềng
Đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu polymer blend phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột và một số polyester nhiệt dẻo” vừa được PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng và các cộng sự thực hiện thành công.
Nhóm đã xây dựng được quy trình công nghệ và hệ thống dây chuyền thiết bị để sản xuất túi từ hạt nhựa polymer blend phân hủy sinh học đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam và các quy định hiện hành, mở ra nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.
Theo PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng, việc sử dụng túi chất dẻo đã trở thành thói quen trong đời sống sinh hoạt. 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 TPHCM 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, hoạt động chôn lấp, đốt không thể phân hủy chúng mà còn gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
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 polymer được sử dụng để chế tạo nhựa phân hủy sinh học đặc biệt là các polyester 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.
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 polyester nhiệt dẻo là một hướng đi đầy hứa hẹn và có triển vọng trong tương lai.
Làm chủ công nghệ
Theo PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng, mục tiêu của nhóm là xây dựng được công nghệ và hệ thống dây chuyền thiết bị để chế tạo hạt nhựa polymer blend phân hủy sinh học từ tinh bột và polyester nhiệt dẻo; đồng thời xây dựng được công nghệ và hệ thống dây chuyền thiết bị để sản xuất túi từ hạt nhựa polymer blend phân hủy sinh học đáp ứng theo tiêu chuẩn và các quy định hiện hành của Việt Nam.
Nhóm đã 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. Chế tạo thành công polymer blend trên cơ sở tinh bột và polyester nhiệt dẻo theo 2 phương pháp (phương pháp 1 giai đoạn và phương pháp 2 giai đoạn).
Xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo polymer blend trên cơ sở PBAT và tinh bột dong riềng theo phương pháp 1 giai đoạn và phương pháp 2 giai đoạn.
Từ các nguyên liệu đã chế tạo, nhóm xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất túi chất dẻo thân thiện môi trường từ hạt nhựa polymer 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 (Natri hydroxit) > dung dịch HCl (Axit clohydric) > dung dịch đệm photphat > nước biển nhân tạo, sau 6 tháng ủ trong môi trường compost mức độ phân hủy sinh học đạt 76,31%, sau 6 tháng ủ trong môi trường đất mức độ phân hủy sinh học đạt 71,35%.
Ngoài ra, nhóm đã xây dựng được dây chuyền thiết bị đồng bộ sản xuất hạt nhựa polymer 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 polymer 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 polymer blend phân hủy sinh học năng suất tối đa 500 tấn/năm.
Thành phẩm của đề tài là nhóm sản xuất được 2.050 kg hạt nhựa polymer blend phân hủy sinh học (phương pháp 1 giai đoạn), 3.080 kg hạt nhựa polymer 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.
Nhóm tác giả cũng đã xây dựng được tiêu chuẩn cơ sở cho 3 sản phẩm: Hạt nhựa tinh bột nhiệt dẻo, hạt nhựa polymer 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 2 bằng độc quyền sáng chế về 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; 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.
