Tinh bột sắn Việt Nam mở hướng sản xuất nhựa phân hủy sinh học hoàn toàn

Thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường cho thấy bình quân mỗi hộ gia đình Việt Nam sử dụng khoảng 1 kg túi nilon/tháng. Các chất thải nhựa này tồn tại từ 100 đến 500 năm, gây thách thức lớn cho môi trường. Trong bối cảnh kinh tế phát triển, nhu cầu sử dụng các sản phẩm tiện ích nhưng thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết. Các vật liệu từ nguồn hữu cơ dồi dào tại Việt Nam như tinh bột, xenlulo, chitin, chitosan hay protein có lợi thế để sản xuất nhựa sinh học phân hủy hoàn toàn thành CO2, H2O và mùn hữu cơ. Trước đây, các sản phẩm polyme phân hủy tại Việt Nam thường chỉ phân hủy một phần do kết hợp giữa nhựa PE truyền thống với tinh bột và tác nhân quang hóa, dẫn đến việc vỡ vụn thành các mảnh nhựa siêu nhỏ vẫn gây hại cho đất và không khí. Hiện nay, các túi phân hủy hoàn toàn trên thị trường chủ yếu gia công từ hạt nhựa nhập khẩu nên giá thành cao, tỷ lệ đóng góp giá trị nội địa thấp và trong nước chưa có công trình nghiên cứu chế tạo hạt nhựa phân hủy hoàn toàn.

Từ thực tế này, GS.TS. Đặng Thị Kim Chi và các cộng sự tại Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam đã thực hiện đề tài "Nghiên cứu công nghệ chế tạo màng nhựa phân hủy sinh học hoàn toàn trên cơ sở hỗn hợp tinh bột sắn Việt Nam". Mục tiêu là chế tạo màng chất dẻo từ blend của tinh bột sắn và nhựa polybutyrate adipate terephtalate (PBAT) ứng dụng trong bao bì dân dụng và nông nghiệp.

Việc sử dụng tinh bột sắn giúp giảm giá thành, tăng khả năng phân hủy của polyme tổng hợp và hạn chế sử dụng nguyên liệu dầu mỏ. Kết quả thu được từ nghiên cứu cho thấy, nghiên cứu đã chế tạo thành công hạt tinh bột nhiệt dẻo (TPS) biến tính từ tinh bột sắn Việt Nam. Quá trình này sử dụng hỗn hợp chất hóa dẻo glycerol và sorbitol theo tỷ lệ 80/20 với hàm lượng 20%, kết hợp cùng 2,4% axit citric làm chất biến tính. Sản phẩm thu được là hạt tinh bột nhiệt dẻo có chỉ số chảy đạt 0,72 g/10 phút, đáp ứng yêu cầu để chế tạo các dòng polyme blend. Tiếp đó, bằng phương pháp trộn hợp nóng chảy hai giai đoạn trên máy đùn hai trục vít, hạt nhựa tự phân hủy sinh học đã được tạo ra từ hỗn hợp TPS biến tính, nhựa PBAT và nhựa PLA. Với tỷ lệ phối trộn TPSCA/PBAT/PLA là 40/54/6 phần khối lượng, hạt nhựa đạt chỉ số chảy 2,64 g/10 phút và nhiệt độ nóng chảy 138°C, thông số này hoàn toàn phù hợp cho các ứng dụng công nghệ thổi màng.

Điểm mấu chốt trong công nghệ này là việc sử dụng axit citric biến tính tinh bột nhiệt dẻo cùng xúc tác este hóa Butyltin tris(2-ethyl hexanoate). Giải pháp này đã khắc phục triệt để vấn đề không tương hợp giữa hai cấu tử chính là TPS và PBAT thông qua việc hình thành copolyme ghép (TPS-CA)-gPBAT, một phát hiện đã được xác nhận bằng thí nghiệm Molau và phương pháp trích ly. Trên cơ sở đó, màng nhựa tự phân hủy sinh học từ blend PBAT và tinh bột sắn đã được sản xuất thành công bằng các thiết bị thổi màng truyền thống. Màng nhựa thành phẩm thể hiện đặc tính cơ lý ổn định với độ bền kéo đạt 17,4 MPa và độ dãn dài đạt 220%, tương đương với các chỉ số của màng nhựa polyethylene (PE) thông dụng hiện nay.

Về khả năng thân thiện với môi trường, màng blend PBAT/TPS-CA được xác nhận có khả năng phân hủy hoàn toàn thành CO2, H2O và mùn hữu cơ theo tiêu chuẩn ASTM 6400. Thử nghiệm trong điều kiện ủ compost hiếu khí có kiểm soát cho thấy mức độ phân rã vật liệu đạt 96% sau 53 ngày và mức độ chuyển hóa thành CO2 đạt 91% sau 155 ngày, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 9493. Các sản phẩm sau quá trình phân hủy không gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái đất; minh chứng là hạt đậu đen và dưa leo vẫn nảy mầm, sinh trưởng bình thường trong môi trường đất chứa compost từ vật liệu này. Kết quả này khẳng định tính an toàn sinh học của vật liệu đối với môi trường tự nhiên.

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu cho thấy màng nhựa từ tinh bột sắn và PBAT có khả năng phân hủy hoàn toàn trong điều kiện chôn ủ công nghiệp. Đây là cơ sở vững chắc để ứng dụng vật liệu này vào sản xuất các sản phẩm nhựa dùng một lần như túi siêu thị, túi đựng rác, màng phủ đất nông nghiệp hay túi ươm cây giống. Việc triển khai các sản phẩm này trên thực tế sẽ góp phần thay thế hiệu quả các loại nhựa khó phân hủy như PE, PP, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22012/2023) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)