Ngày nay, chúng ta đang đi theo hai hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu bao bì phân hủy sinh học. Một là, sử dụng ngay các vật liệu có khả năng phân hủy sinh học để chế tạo bao bì như polyester, polymer tự nhiên như tinh bột, chitosan, celolose, polymer tổng hợp như Polyvinyl Alcohol, Poly Lactic Acide, Poly Hydro Butyrate nhưng nhược điểm của chúng là vấn đề về kinh tế. Đã có rất nhiều nghiên cứu trong hướng này nhưng sản phẩm nghiên cứu của chúng chỉ để làm những vật liệu kĩ thuật cao như bao bì có tính năng đặc biệt trên cơ sở PLA, chitosan hay xương trên cơ sở chitosan và PLA. Những polymer tự nhiên thì phải xử lý hay polymer nhân tạo thì phải tổng hợp rất khó khăn và hiệu suất thấp, mà giá thành lại cao. Điều này đã hạn chế khả năng sử dụng những bao bì này.
Hai là, vật liệu bao bì vẫn dựa trên nền Polyethylene nhưng sẽ thêm những thành phần khác có khả năng phân hủy hay phụ gia trợ giúp khả năng oxi – quang hóa để giúp Polyethylene có thể phân hủy dưới điều kiện tự nhiên. Trên cơ sở đó, các nhóm nghiên cứu trong và ngoài nước đã tiến hành nhiều cuộc nghiên cứu và đã có nhiều kết quả khả quan. Tinh bột là loại polymer phổ biến được chọn để kết hợp với Polyethylene bởi những ưu điểm vượt trội của nó như giá thành rẻ, nguồn dồi dào và đặc biệt là có khả năng phân hủy sinh học vì có nguồn gốc từ thực vật. Nhóm tác giả trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã chế tạo thành công vật liệu thân thiện với môi trường trên cơ sở Polyethylene và tinh bột. Các nước trên thế giới cũng đã có những bước tiến mới cho loại vật liệu này. Tuy nhiên, các kết quả khảo sát khả năng phân hủy của hổn hợp Polyethylene và tinh bột chứng minh rằng Polyethylene trong hổn hợp vẫn không có khả năng tự phân hủy mà chỉ có thể dựa vào sự phân hủy của các polymer có khả năng phân hủy, tạo môi trường cho vi sinh tấn công PE. Bên cạnh đó, sử dụng phụ gia trợ oxi hóa cho vào Polyethylene để tăng khả năng phân hủy cũng đã được nghiên cứu từ rất lâu. Các chất oxi hóa được sử dụng có nguồn gốc từ các kim loại chuyển tiếp như TiO2, Coban, Mangan, Sắt và Canxi. Ngoài ra, các nhóm tác giả người Úc đã tiến hành nghiên cứu khả năng phân hủy của Polyethylene bằng cách phối trộn với Montmorillonite có tác dụng oxi hóa và thu được một vài kết quả khá tốt. Các sản phẩm bao bì có sử dụng các chất trợ oxi hóa đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và ứng dụng trong màng nông nghiệp.
1. Hướng mới cho việc phát triển bao bì có khả năng tự phân hủy
Những kết quả nghiên cứu này đã mở ra một hướng mới trong việc tạo ra màng bao bì có khả năng tự phân hủy (oxo – biodegradation). Tuy nhiên, các phụ gia oxi hóa có nguồn gốc từ kim loại nặng sẽ gây ra ô nhiễm nguồn nước và 14 môi trường sau quá trình phân hủy mặc dù hiệu quả oxi hóa của chúng rất tốt. Trong số các kim loại đó thì Titan là kim loại được sử dụng nhiều nhất trong cuộc sống bởi Titan không độc hại đối với cơ thể con người và có tính chất quang hóa - hấp thụ tia UV rất tốt. TiO2 được sử dụng rộng rãi với vai trò là pigment tạo màu trắng cho bao bì, pigment trong sơn, làm xúc tác quang hóa trong các phản ứng hóa học. Titan được sử dụng chủ yếu dưới dạng Titan Dioxit. Năm 2006, nhóm tác giả người Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu khả năng phân hủy của màng Polyethylene dựa trên khả năng quang hóa của TiO2. Đến năm 2010, nhóm tác giả người Thái Lan cũng đã khảo sát hiệu quả quang hóa của TiO2 trên nền Polyethylene và Polypropylene. Việc khảo sát khả năng quang hóa của TiO2 chỉ được thực hiện dưới ánh sáng của đèn thí nghiệm với bước sóng từ 254 nm đến 400 nm nhưng chưa có tác giả nào thực hiện khảo sát dưới ánh sáng mặt trời. Điều này trở nên cần thiết khi trong thực tế bao bì chỉ được tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Khi sử dụng TiO2 thì hiệu quả quang hóa của TiO2 là vấn đề cần quan tâm nhất và các nhóm nghiên cứu đã không ngừng cải thiện tính chất quang hóa của chúng bằng cách biến tính hay kết hợp với các thành phần mới. Việc biến tính TiO2 bằng Ca3(PO4)2 để tăng khả năng tương hợp với nhựa nền Polyethylene được khảo sát hay việc kết hợp TiO2 với các oxit kim loại như La2O3, kết hợp với carbon, kết hợp với ketone cũng được thực hiện trước đó. Việc kết hợp như vậy đã cải thiện đáng kể khả năng quang hóa của TiO2. Trong những phương pháp biến tính trên thì TiO2 kết hợp với các hợp chất chứa nhóm carbonyl cho kết quả khả quan nhất. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện khảo sát hiệu quả quang hóa của hổn hợp TiO2 và carbonyl trên các dung dịch hexan và toluene. Kết quả cho thấy rằng việc kết hợp TiO2 và carbonyl với tỷ lệ 1:3 cho chỉ số carbonyl rất cao (CI = 25) trong dung dịch hexan. Nghiên cứu này đã mở ra một hướng đi mới cho lĩnh vực nghiên cứu bao bì phân hủy dưới tác nhân oxi hóa.
2. Vật liệu phân hủy sinh học dựa trên hỗn hợp polyethylene/tinh bột
Một số nghiên vật liệu phân hủy sinh học dựa trên hỗn hợp polyethylene/tinh bột đã công bố từ rất sớm. Năm 1997, H. Dave và cộng sự đã tiến hành kiểm tra mức độ phân hủy của màng giữa polyethylene với 30% tinh bột, kết quả cho thấy sau 48 tuần thì khối lượng mẫu giảm đi 6.3% và 84.5% khối lượng của TPS bị phân hủy khi chôn trong môi trường đất-compost. Quá trình phân hủy sinh của màng đã được tăng tốc bằng cách ủ trong shake-flask kết quả cho thấy khới lượng mẫu bị giảm 11,2% và 68,9% TPS bị phân hủy chỉ sau 6 tuần. Các phân tích FTIR và NMR C13 cho thấy sự mất khối lượng của 15 tinh bột trong quá trình phân hủy đi kèm với thay đổi cấu trúc mạch dài của polyethylene, làm cho các mạch này trở nên ngắn hơn
Năm 2003, Rodriguez-Gonzalez và đồng nghiệp đã nghiên cứu hóa dẻo tinh bột với hàm lượng glycerol được thay đổi từ 29-40% sau đó phối trộn với polyethylene trên máy đùn 1 trục vít. Kết quả cho thấy tỷ lệ PE/TPS (55:45) cho 94% độ dãn dài đứt và 76% modul so với polyethylene. Ở tỷ lệ PE/TPS (71:29) cho 96% độ dãn dài đứt và 100% modul so với polyethylene. Ở t lệ PE/TPS (55:45) các thành phần liên kết với nhau hoàn toàn. Ngoài ra có thể kiểm soát được hình thái của hỗn hơp ở dạng hình cầu, sợi hay liên tục khi thay đổi hàm lượng TPS. Vật liệu này sử dụng nguyên liệu là các nguồn tài nguyên tái tạo và bền vững hơn các polyme tổng hợp. Năm 2010, A. P. Gupta và đồng nghiệp đã tiến hành nghiên cứu phối trộn LDPE với LDPE-g-mA (LDPE ghép với (0,5%) anhydride maleic) với tỉ lệ 1:1. Màng được tạo thành từ hỗn hợp này với tinh bột khoai tây với tỷ lệ khác nhau 0, 2.5, 5.0, 7.5, 10.0, 12.5 và 15% trên thiết bị đùn thổi. Kết quả được nghiên cứu trên màng với hàm lượng tinh bột khoai tây ở 15%. Kết quả phân tich tính chất cơ, nhiệt, khả năng hấp thụ nước cho thấy ở hàm lượng này đã tạo ra màng bao bì có khả năng sử dụng đóng gói.
Ngoài ra rất nhiều công bố trên thế giới về lĩnh vực này. Tuy nhiên, các kết quả khảo sát khả năng phân hủy của hỗn hợp polyethylene và tinh bột chứng minh rằng polyethylene trong hỗn hợp vẫn không có khả năng tự phân hủy mà chỉ có thể dựa vào sự phân hủy của các polyme có khả năng phân hủy, tạo môi trường cho vi sinh tấn công các mạch PE. Ngoài ra, các nhóm tác giả người Úc đã tiến hành nghiên cứu khả năng phân hủy của polyethylene bằng cách phối trộn với montmorillonite có tác dụng oxi hóa và thu được một vài kết quả khả quan về việc tăng khả năng phân hủy của loại vật liệu này.
CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ XUẤT NHẬP KHẨU NAM PHÁT
Factory: Số 8, Đường 31,Xã Bình Minh, H. Trảng Bom, Đồng Nai
Office: A75/6b/14 Bạch đằng, Phường 2, Quận Tân Bình, Tp. HCM
Hotline: 0933 992 090 - Tel: 025 1629 3977 - Fax: 025 1629 3976
Web: www.namphatco.vn - E: namphatcompany79@gmail.com
