1. Nhựa phân hủy sinh học PLA là gì?
1.1. Định nghĩa
Nhựa sinh học là vật liệu nhựa được làm từ nguồn nguyên liệu tái tạo được và tùy từng loại mà chúng có thể phân hủy sinh học hoặc không. Hiện nhựa sinh học gồm có polylactic acid (PLA) và polyhydroxyalkanoate (PHA).
Nhựa phân hủy sinh học PLA là một loại nhựa sinh học nhiệt dẻo có nguồn gốc từ thực vật như bột ngô, củ sắn, mía, tinh bột khoai tây,.. Vì thế chúng có khả năng tự phân hủy và được sử dụng để sản xuất các đồ dùng hàng ngày như bao bì đựng thực phẩm, khay đựng, cốc, chén, màng thực phẩm gói rau, dụng cụ y tế,…
1.2. Nhựa phân hủy sinh học PLA sản xuất như thế nào?
Nhựa phân hủy sinh học PLA được sản xuất bằng phương pháp trùng ngưng axit lactic. Các nhà sản xuất sẽ lên men đường lấy từ nguồn nguyên liệu tái tạo như tinh bột ngô, bột sắn hột, mía đường, tinh bột khoai tây… và thu lấy axit lactic.
Theo giáo sư Bert Sels của Trung tâm xúc tác và hóa học bề mặt thì axit lactic được đưa vào một lò phản ứng và được trùng ngưng thành “lactide” trong môi trường chân không và điều kiện là nhiệt độ cao.
Sau đó, lactide này dưới tác dụng của xúc tác và nhiệt độ phân giải ra thành chuỗi và liên kết với nhau tạo ra PLA. Trong quá trình sản xuất nhựa PLA, người ta vẫn sử dụng xúc tác kim loại sinh ra rác thải trong các bước trung gian (bước tạo ra lactide).
Ngày nay, để tăng hiệu quả kinh tế, các nhà khoa học đã đưa ra ý tưởng sử dụng zeolite (một khoáng chất xốp được tạo ra từ nhôm, oxy, silic) làm chất xúc tác trong lò phản ứng để dẫn đường cho quá trình chuyển đổi từ axit lactic thành lactide. Kim loại sinh ra rác thải trong các bước trung gian được loại bỏ.
Theo nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ Michiel Dusselier thì “Bằng cách lựa chọn một dạng zeolite cụ thể dựa trên hình dạng lỗ của nó, chúng tôi có thể chuyển đổi axit lactic thành các khối xây dựng cho PLA mà không tạo ra sản phẩm phụ lớn hơn không vừa với lỗ của zeolite”.
2. Ưu và nhược của nhựa phân hủy sinh học PLA
Với cách sản xuất như trên nhựa phân hủy sinh học PLA có một số ưu, nhược điểm sau:
2.1. Ưu điểm
Trước hết, nhựa phân hủy sinh học PLA có một số ưu điểm nổi bật là:
- PLA được sản xuất từ các thành phần có nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo như tinh bột ngô, củ sắn, mía, tinh bột khoai tây… nên thân thiện với môi trường, an toàn cho người sử dụng, thích hợp để sản xuất ra các đồ dùng hàng ngày và dụng cụ y tế.
- Đây là nguyên liệu tái sinh, sau khi sử dụng chúng được các vi sinh vật phân hủy thành các sinh khối tại các nhà máy xử lý rác thải và được dùng như phân bón vi sinh trên cây trồng.
- PLA chuyển hóa thành phân bón sinh học sau khi được xử lý phân hủy sinh học công nghiệp. Bề mặt nhựa PLA thẩm thấu tốt, giúp sinh vật dễ xâm nhập để thúc đẩy quá trình phân hủy tự nhiên. Ở điều kiện thích hợp, dưới tác động của vi sinh vật, nhựa PLA có thể phân hủy thành carbon dioxide, nước, mùn sinh học tốt cho cây và không gây ô nhiễm môi trường.
- PLA không tạo ra các chất bay hơi độc hại khi đốt như các loại nhựa truyền thống thường có nên không gây ô nhiễm môi trường.
- PLA có thời gian phân hủy ngắn, chỉ vài tháng hoặc vài năm. Trong khi thời gian phân hủy của nhựa truyền thống có thể lên đến hàng trăm năm, hàng nghìn năm. Vì thế, PLA tạo ra được những tác dụng tích cực lên môi trường, không như các loại nhựa truyền thống.
2.2. Nhược điểm
Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, nhựa phân hủy sinh học PLA có một số nhược điểm như:
- Việc sản xuất phụ thuộc nhiều vào vùng nguyên liệu: Bởi các nhà máy sản xuất nhựa phân hủy sinh học PLA cần được đặt gần vùng nguyên liệu như những cánh đồng bắp, sắn, mía hoặc củ cải đường… lớn.
- Nhựa PLA chỉ có thể phân hủy trong điều kiện xử lý công nghiệp: Phần lớn các sản phẩm có sử dụng PLA đều có đặc điểm này, chúng sẽ phân hủy ở những điều kiện nhiệt độ, vi sinh vật… đạt tiêu chuẩn nhất định.
- Nhựa PLA nếu xử lý không đúng cách có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng nhựa tái chế: Nhựa PLA nếu lẫn với các nguyên liệu tái chế sẽ gây ảnh hưởng lên chất lượng sản phẩm sau khi tái chế.
- Chưa có nhiều nhà sản xuất PLA ở quy mô công nghiệp và sản lượng PLA hiện nay đang trong tình trạng cung không đủ cầu. Việc sản xuất nhựa PLA trong quy mô công nghiệp đòi hỏi công nghệ cao, chi phí nhiều nên giá thành cao hơn các loại nhựa có nguồn gốc hóa thạch như PA, PE, PP,…
3. Ứng dụng của nhựa phân hủy sinh học PLA trong đời sống
Vì nhựa phân hủy sinh học PLA không độc hại với cơ thể người nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sau:
3.1. Ứng dụng trong kỹ thuật cấy mô
Phương pháp cấy mô liên kết các tế bào sống với hệ thống khung thông qua các vật liệu sinh học. Nhờ đó, các tế bào sống có thể sinh sôi, nảy nở theo các chiều hướng khác nhau giúp tái tạo các mô sống.
Vật liệu sinh học giúp thay thế các mô sống và mang lại lợi ích cho việc cấy ghép nội tạng. Biopolymer, đặc biệt là nhựa PLA chính là lựa chọn tối ưu trong trường hợp này.
Nhựa PLA đã được Cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ cho phép ứng dụng lâm sàng ở người. Nó đã được thử nghiệm thành công trong việc tái tạo mô ở các cơ quan như xương, sụn, bàng quang, gan, van tim cơ học.
3.2. Ứng dụng làm vật liệu mang, dẫn truyền thuốc
Nhựa PLA có khả năng tương thích sinh học cao, phân hủy sinh học, xử lý nhiệt và có độ bền cơ học cao, độ hòa tan trong các dung môi hữu cơ nên nó được sử dụng nhiều trong vật liệu dẫn truyền thuốc.
PLA được dùng để dẫn truyền cho bệnh uốn ván, hỗ trợ dẫn truyền cho thuốc insulin xịt ở miệng cho bệnh đái tháo đường loại 2, dẫn truyền cho nhóm thuốc paclitaxel chống ung thư, dẫn truyền cho nhóm thuốc 5 FU và paclitaxel, dẫn truyền thống cho quá trình điều trị ung thư,…
Ngoài ra, PLA biến tính còn có trong các sản phẩm cấy ghép hoặc dùng trong vật liệu chế tạo các thiết bị y tế như chỉ tự tiêu, thanh định hình, ghim, tấm, thiết bị truyền dịch một lần, bao bì phân phối thuốc,… hoặc ứng dụng trong phương pháp điều trị da như điều trị sẹo trên mặt, teo mỡ,…
3.3. Ứng dụng trong lĩnh vực bao bì đóng gói
PLA biến tính còn có trong các vật liệu được sử dụng để làm khay, hộp đựng thức ăn, sản xuất màng phim mỏng đóng gói thực phẩm, túi đựng đồ siêu thị, đĩa, ly, muỗng,…
Đặc biệt PLA biến tính được gia cường bằng bentonite, phủ lớp microcrystalline cellusose, silicate có khả năng kháng tia UV và ánh sáng khả kiến (nguyên nhân gây biến tính chất lượng sản phẩm) nên còn được dùng làm bao bì bảo quản thực phẩm. Ngoài ra, loại bao bì này còn có tính kháng khuẩn, thích hợp với việc bảo quản thực phẩm sống như rau củ quả, thịt cá,…
3.4. Ứng dụng trong lĩnh vực ô tô vận tải
Vật liệu composites nền PLA được nhiều công ty sử dụng trong lĩnh vực vận tải như:
- Công ty Toyota sử dụng composite nền PLA và sợi kenaf làm lốp xe dự phòng và nghiên cứu để sản xuất tấm trải sàn, tay cầm, ghế ngồi.
- Công ty Ford dùng composite nền PLA làm hệ thống vòm xe, tấm thảm trải
- Công ty Mitsubishi sử dụng PLA sợi, Nylon 6 làm tấm trải xe.
- Công ty ô tô Fiat (Italy) nghiên cứu vật liệu polymer “xanh” để chế tạo các bộ phận trong ô tô.
3.5. Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
PLA được sử dụng trong các ứng dụng làm màng phủ sinh học có tác dụng tăng tốc độ chín của quả trên cây trồng, giữ phân bón, độ ẩm, ức chế nhiễm nấm, sự phát triển của cỏ dại và sự phá hoại của côn trùng. Ngoài ra, có loại màng phủ sinh học còn giúp cây trồng chống chịu với sự thay đổi của thời tiết
Bên cạnh đó, PLA biến tính cũng được dùng làm dây buộc cà chua, chậu cây và một số vật dụng khác
3.6. Ứng dụng trong lĩnh vực điện tử
Nhựa phân hủy sinh học PLA biến tính được các công ty chế tạo và sử dụng khá nhiều trong lĩnh vực điện tử như:
- Năm 2002, công ty Mitsubishi chế tạo ra PLA chịu nhiệt làm vỏ máy nghe nhạc.
- Năm 2004, công ty NEC Corp của Nhật gia cường sợi kenaf cho vật liệu composite nhựa nền PLA để tăng khả năng chịu nhiệt và làm dummy cắm trực tiếp vào laptop chống bụi bẩn tác động, vỏ điện thoại (năm 2006).
- Năm 2005, Fujitsu dùng composite của PLA vào thiết bị chống cháy trong nhà. Họ cũng dùng hỗn hợp blend PLA/PC/phosphorus làm hệ thống khung của máy tính.
- Năm 2007, Samsung dùng PLA/Polycarbonate bisphenol A (PC) có khả năng chịu nhiệt, va đập vào sản xuất các vỏ linh kiện điện tử như vỏ máy tính, vỏ điện thoại… .
Ngoài những lĩnh vực trên, nhựa PLA còn được sử dụng để làm chai lọ đựng thuốc viên, vải lều, bề mặt chiếu, in ấn 3D… .
Nguồn: aneco.com.vn