Chuyên đề XU HƯỚNG SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP-HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CƠNG NGHỆ Chun đề: XU HƯỚNG SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Biên soạn: Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ TP HCM Với cộng tác của:  ThS Vũ Tiến Trung & ThS Lê Đức Anh Khoa Khoa học Vật liệu – Trường ĐH Khoa học Tự nhiên TP.HCM TP Hồ Chí Minh, 11/2015 MỤC LỤC I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BAO BÌ NHỰA TẠI VIỆT NAM VÀ POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC Thực trạng sử dụng bao bì nhựa, quản lý chất thải bao bì gây nhiễm mơi trường Việt Nam Tổng quan polyme phân hủy sinh học II XU HƢỚNG SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG NHỰA PHÂN HỦY SINH HỌC TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ 15 Tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế liên quan đến nhựa phân hủy sinh học theo thời gian 15 Tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế liên quan đến nhựa phân hủy sinh học quốc gia 17 Chỉ số phân loại (IPC) sáng chế liên quan đến nhựa phân hủy sinh học 19 Giới thiệu số sáng chế nhựa phân hủy sinh học 20 III CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA SINH HỌC 24 Quy trình tổng quát 24 Quy trình gia cơng sản xuất hạt nhựa 24 Phương pháp gia công sản phẩm 25 Quy trình tạo màng bao bì từ sản phẩm sinh học 25 Ưu điểm quy trình cơng nghệ 26 IV CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TINH CHẤT MANG TỰ HỦY 26 Tính chất nhiệt 26 Tính chất lý hóa 27 Khảo sát khả hấp thu độ ẩm 27 Khảo sát khả phân hủy 28 Đánh giá sản phẩm nhựa thân thiện môi trường 28 V HIỆU QUẢ KINH TẾ XÃ HỘI MÔI TRƢỜNG 29 VI ĐÁNH GIÁ ĐẦU TƢ 29 VII KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined XU HƢỚNG SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG BAO BÌ PHÂN HỦY SINH HỌC NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG ************************** I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BAO BÌ NHỰA TẠI VIỆT NAM VÀ POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC Thực trạng sử dụng bao bì nhựa, quản lý chất thải bao bì gây ô nhiễm môi trƣờng Việt Nam Việt Nam q trình đẩy mạnh cơng nghiệp hóa – thị hóa (CNH – ĐTH) với gia tăng chất thải sinh hoạt, có chất thải túi bao bì từ nhựa Các bao bì sản xuất từ polyme có nguồn gốc từ dầu mỏ (PE, PP…) sử dụng nước ta nhiều nước giới thuộc loại khó lâu phân hủy Những đặc điểm ưu việt sản xuất tiêu dùng bao bì nhựa làm lu mờ tác hại môi trường thải bỏ Đó lý yếu giải thích bao bì nhựa lại dùng phổ biến nhiều quốc gia giới bất chấp cảnh báo tác hại to lớn nhiều mặt tới môi trường, sức khỏe trở thành vấn nạn quản lý môi trường hầu hết quốc gia phát triển, có Việt Nam Theo nhà khoa học, bao bì nhựa làm từ chất khó phân hủy, thải mơi trường phải từ hàng chục năm vài kỷ phân hủy hoàn toàn tự nhiên Sự tồn mơi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đất nước sản phẩm lẫn vào đất ngăn cản ơxy qua đất, gây xói mòn đất, làm cho đất khơng giữ nước, dinh dưỡng, từ làm cho trồng chậm tăng trưởng Nghiêm trọng hơn, môi trường đất nước bị ô nhiễm sản phẩm bao bì ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp tới sức khỏe người Trong thực tế, nhiều loại túi làm từ polyme nguồn gốc dầu mỏ ngấm vào nguồn nước xâm nhập vào thể người gây rối loạn chức dị tật bẩm sinh trẻ nhỏ Các bao bì làm tắc nghẽn cống, rãnh, kênh, rạch, gây ứ đọng nước thải ngập úng dẫn đến sản sinh nhiều vi khuẩn gây bệnh Ngồi ra, gây mỹ quan cảnh quan Ơ nhiễm mơi trường chất thải bao bì từ nhựa nhà môi trường gọi “ô nhiễm trắng” Ở nước ta, việc sử dụng tràn lan loại bao bì hoạt động sinh hoạt xã hội, chủ yếu đặc biệt loại túi siêu mỏng, thể dễ dãi người cung cấp người sử dụng; người bán sẵn sàng đưa thêm vài túi cho người mua yêu cầu; người mua mang theo vật đựng (túi xách, làn…) biết chắn mua hàng hóa có bao bì kèm theo để xách Hiện chưa có số liệu thống kê thức số lượng sản phẩm bao bì từ nhựa sử dụng Việt Nam có số khảo sát, ước tính số lượng Tuy có khác số ấn tượng chung lớn chưa quản lý hầu hết tất khâu vòng đời sản phẩm: từ sản xuất, lưu thông phân phối, sử dụng thải bỏ, thu gom, xử lý Theo khảo sát quan mơi trường, trung bình người Việt Nam năm sử dụng 30 kg sản phẩm có nguồn gốc từ nhựa Từ 2005 đến nay, số 35 kg/người/năm Năm 2000, trung bình ngày, Việt Nam xả khoảng 800 rác nhựa môi trường Đến nay, số 2.500 /ngày Với số lượng khối lượng sản phẩm sử dụng thải bỏ hàng ngày lớn việc quản lý chúng nhiều năm qua nước ta vấn đề chưa tìm lời giải hợp lý Đã có đề xuất: cấm sử dụng; áp dụng cơng cụ kinh tế (thuế, phí…); cơng cụ giáo dục, nâng cao nhận thức từ học kinh nghiệm sử dụng biện pháp nước cho thấy, hiệu biện pháp khơng cao mà ngun nhân yếu tiện dụng cao giá thấp túi nilon Chính điều làm cho sản phẩm xuất phát tử polymer khó phân hủy diện khắp nơi đời sống xã hội Sự tiện dụng cao làm cho bao bì trở thành vật dụng thiết yếu sinh hoạt hàng ngày người dân Giá thành, giá thấp không thúc đẩy sản xuất tiêu dùng mà làm cho việc hạn chế, giảm thiểu, thu gom, sử dụng lại tái chế sản phẩm mang ý nghĩa kinh tế, khơng có động thúc đẩy Các giải pháp công nghệ đề xuất, kể sản phẩm thay sử dụng sản phẩm bao bì khó phân hủy loại túi thân thiện với môi trường vận động “nói khơng với sản phẩm nhựa khơng phân hủy” quan quản lý môi trường, tổ chức xã hội, chí doanh nghiệp không làm cho sản xuất tiêu dùng sản phẩm bao bì khơng phân hủy giảm mà trái lại, chúng gia tăng, môi trường hàng ngày phải nhận thêm chất thải Một thực trạng đáng lưu ý phần lớn người dân, kể nhiều nhà sản xuất phân phối đồng tình, ủng hộ việc hạn chế sử dụng bao bì khó phân hủy đời sống xã hội Như vậy, vấn đề chất thải bao bì khơng phân hủy nước ta quan tâm bên liên quan với nhận thức tốt rõ xã hội tác hại tính cấp thiết phải quản lý xử lý chúng 1.1 Tác hại kinh hồng việc sử dụng đốt bao bì nhựa Ngày nay, túi nilon (ni lông) trở lên quen thuộc đời sống sinh hoạt hàng ngày cộng đồng Với ưu điểm bền, chắc, tiện dụng giá thành thấp, túi nilon, đặc biệt loại túi siêu mỏng sử dụng phổ biến có mặt nơi từ hàng bán rau, dưa cà muối đến siêu thị trung tâm thương mại lớn, hàng bán cháo dinh dưỡng dành cho trẻ em mặt hàng quen thuộc Túi nilon xuất cách khoảng 150 năm – nhà hóa học Anh Alexander Parkes phát minh Sự đời túi nilon mang lại nhiều tiện lợi, việc bao gói hàng hóa, song đến thời điểm túi nilon vấn nạn môi trường nhiều quốc gia tìm cách để loại bỏ Người ta tính rằng, vứt bỏ túi nilon tốn giây, khơng có tác động nhiệt độ cao ánh sáng mặt trời phải từ 500 – 1.000 năm phân hủy Ước tính, năm nhân loại xài khoảng 500 – 1.000 tỉ túi nhựa Vì túi nilon bị coi “thủ phạm” nguy hiểm gây ô nhiễm môi trường – “ô nhiễm trắng” Theo đánh giá Bộ Tài nguyên – Môi trường, trung bình ngày, gia đình Việt Nam sử dụng thải túi ni lơng Con số thống kê phạm vi nước khoảng 25 triệu túi/ ngày Chỉ tính riêng Hà Nội, với sức ép gần triệu dân (đứng thứ nước), hàng ngày thủ thải khoảng 1.000 rác, có khoảng 13 nhựa túi ni lơng Năm 2000, trung bình ngày, Việt Nam xả khoảng 800 rác nhựa môi trường Đến nay, số 2.500 tấn/ngày Tính trung bình gia đình Việt Nam hàng ngày sử dụng không 10 túi nilon loại Tuy nhiên, “tiện dụng” mà năm số tiền bị lãng phí lên tới 648 tỉ đồng cho việc sử dụng túi nilon 800.000 hộ gia đình thành phố Hà Nội Những số liệu sơ cho thấy thực trạng nhu cầu sử dụng túi ni lông nước ta lớn Nó trở thành thứ thói quen thiếu, “ăn sâu” vào hoạt động mua bán nhiều người Từ mặt hàng bình dân cà, cá, mớ rau,… đến vật dụng quần áo, giày dép,… bọc gói túi ni lông Và thông thường sau lần sử dụng, túi đáng giá có vài xu người ta thuận tay vứt bữa bãi khắp nơi, gây ô nhiễm môi trường mỹ quan thành phố Tuy nhiên, ảnh hưởng đến mơi trường sức khoẻ lớn không ý đến 1.2 Túi nilon chứa nhiều thành phần độc hại với sức khỏe ngƣời môi trƣờng Túi nilon gây tác hại từ khâu sản xuất việc sản xuất túi nilon phải sử dụng nguyên liệu đầu vào dầu mỏ khí đốt, chất phụ gia chủ yếu sử dụng chất hoá dẻo, kim loại nặng, phẩm màu… chất nguy hiểm tới sức khoẻ môi trường sống người, q trình sản xuất tạo khí CO2 làm tăng hiệu ứng nhà kính, thúc đẩy biến đổi khí hậu tồn cầu.hiểm họa từ việc sử dụng đốt túi nilon 1.3 Túi nilon góp phần làm nhiễm nguồn nƣớc làm đất bạc màu Theo nhà khoa học, túi nilon làm từ chất khó phân huỷ, thải môi trường phải hàng trăm năm đến hàng nghìn năm bị phân huỷ hồn tồn Sự tồn mơi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đất nước túi nilon lẫn vào đất ngăn cản ôxi qua đất, gây xói mòn đất, làm cho đất bạc màu, khơng tơi xốp, chất dinh dưỡng, từ làm cho trồng chậm tăng trưởng 1.4 Khi đốt túi nilon sinh khí cực độc gây nhiều bệnh nghiêm trọng cho ngƣời Nghiêm trọng nhà khoa học phát từ đất nước bị ô nhiễm túi nilon ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp tới sức khoẻ người Thực tế nhiều loại túi nilon làm từ dầu mỏ nguyên chất chôn lấp chúng đất ảnh hưởng tới môi trường đất nước đốt chúng tạo khí thải có chất độc dioxin Fura gây ngộ độc, ảnh hưởng tuyến nội tiết, gây ung thư, giảm khả miễn dịch, rối loạn chức tiêu hoá dị tật bẩm sinh trẻ nhỏ,…và đặc biệt số loại túi nilon có lẫn lưu huỳnh, dầu hoả nguyên chất đốt cháy gặp nước tạo thành axít Sunfuric dạng mưa axit có hại cho phổi 1.5 Rác thải từ túi nilon tạo thành nhiều ổ dịch bệnh Túi nilon kẹt sâu cống rãnh, kênh rạch làm tắc nghẽn gây ứ đọng nước thải ngập úng Các điểm ứ đọng nước thải nơi sản sinh nhiều vi khuẩn gây bệnh, bên cạnh túi nilon làm mỹ quan tới cảnh quan 1.6 Túi nilon dùng lần gây lãng phí kinh tế cho tồn giới Trong trào lưu chung giới túi nilon chủ yếu sử dụng lần bị thải môi trường ngày gia tăng Việc không gây lãng phí kinh tế mà hiểm họa khôn lường cho nhân loại 1.7 Dùng túi nilon đựng đồ ăn nóng sinh nhiều chất độc hại cho thể Theo phân tích ơng Nguyễn Khoa, Phó Viện trưởng Viện Cơng nghệ hóa học: túi ni lơng làm từ nhựa PTE khơng độc chất phụ gia thêm vào để làm túi ni lông mềm, dẻo, dai lại vô độc hại Nếu đựng đồ nóng 70-80 độ C chất phụ có phản ứng phụ khó mà biết độc hại đến đâu Hàng ngày, biết đến thơng tin: túi ni lông nhuộm màu xanh đỏ đầy rẫy chợ đựng thực phẩm chế biến gây độc cho thực phẩm chứa kim loại chì, cadimi (những chất gây tác hại cho não nguyên nhân gây ung thư) Tổng quan polyme phân hủy sinh học 2.1 Khái niệm Polyme phân hủy sinh học polyme có khả phân hủy thành CO 2, CH4, nước, hợp chất vô cơ, sinh khối tác dụng enzyme vi sinh vật mà không để lại chất gây hại cho mơi trường Khi polymer phân hủy sinh học, chúng phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh tương ứng kỵ khí hiếu khí Hình 1: Cơ chế chung phân hủy sinh học nhựa điều kiện ưa khí Phân hủy sinh học hiếu khí: CPOLYMER + O2CO2 + H2O + CCÒN LẠI + CSINH KHỐI Phân hủy sinh học kỵ khí: CPOLYMER CO2 + CH4 + H2O + CCÒN LẠI + C SINH HỐI Trên sở phương pháp sản xuất, vật liệu polyme sinh học chia thành ba nhóm sau: Polyme tách trực tiếp từ nguồn tự nhiên (chủ yếu thực vật), chẳng hạn polysaccarit (tinh bột, cellulose) protein (như casein, gluten bột mì) gelatin, chitosan Polyme sản xuất phương pháp tổng hợp hóa học từ monome, chẳng hạn, Polylactide PLA, Poly (3-hydroxybutyrate) PHB, polylactat polyeste sinh học polyme hóa từ monome axit lactic Các monome sản xuất nhờ phương pháp lên men cacbon hyđrat tự nhiên Polyme sản xuất nhờ vi sinh vật vi khuẩn cấy truyền gen Vật liệu polyme sinh học điển hình trường hợp polyhyđroxy – alkanoat; chủ yếu polyhyđroxybutyrat (PHB), copolyme HB, Poly 10 Hình 4: Biểu đồ lượng SC liên quan đến bao bì (túi nhựa) phân hủy sinh học theo thời gian => Nhìn chung lượng SC đăng ký bảo hộ liên quan đến bao bì (túi nhựa) phân hủy sinh học chưa nhiều, năm vài SC có đăng ký bảo hộ Tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế liên quan đến nhựa phân hủy sinh học quốc gia Cũng theo khảo sát CSDL Thomson Innovation, sáng chế có liên quan đến nhựa phân hủy sinh học nộp đơn đăng ký bảo hộ khoảng 42 quốc gia toàn giới Bên cạnh việc nộp đơn đăng ký bảo hộ quốc gia, sáng chế liên quan đến nhựa phân hủy sinh học nộp đơn đăng ký bảo hộ tổ chức sở hữu trí tuệ lớn: - Tổ chức sở hữu trí tuệ giới (WO): 80 SC - Tổ chức sở hữu trí tuệ châu Âu (EP): 79 SC 10 quốc gia chủ sở hữu sáng chế nộp đơn đăng ký nhiều là:  Nhật Bản (JP): 444 SC  Trung Quốc (CN): 318 SC  Mỹ (US): 117 SC  Hàn Quốc (KR): 87 SC  Đức (DE): 47 SC  Úc (AU): 42 SC 17  Đài Loan (TW): 35 SC  Canada (CA): 31 SC  Brazil (BR): 30 SC  Ấn Độ (IN): 19 SC Hình 5: Top 10 quốc gia có lượng SC đăng ký nhiều  Tình hình đăng ký SC liên quan đến bao bì (túi nhựa) phân hủy sinh học quốc gia: Với gần 50 SC nộp đơn đăng ký bảo hộ từ 1994 – 2014 14 quốc gia tổ chức giới, SC liên quan đến túi nhựa PHSH nộp đơn đăng ký bảo hộ số quốc gia như: Trung Quốc (CN), Nhật Bản (JP), Mỹ (US), Pháp (FR), Úc (AU), Brazil (BR), Canada (CA), Hàn Quốc (KR), Singapore (SG), Mexico (MX), Ba Lan (PO), Đài Loan (TW), Tổ chức sở hữu trí tuệ giới (WO) tổ chức sở hữu trí tuệ Châu Âu (EP) Hình 6: Lượng SC liên quan đến túi nhựa PHSH đăng ký bảo hộ quốc gia 18  Tại Việt Nam có SC nộp đơn đăng ký bảo hộ: VN10009249B: Chế phẩm Polyme PHSH dùng cho điều chế chất dẻo PHSH quy trình điều chế chế phẩm VN22152A: đề cập đến chủng vi sinh vật có khả sản xuất số loại acid có chứa nhóm carboxyl dùng làm nguyên liệu sản xuất nhựa PHSH, dược, thực phẩm mỹ phẩm VN27458A: Thành phần phương pháp chế tạo nhựa PHSH Chỉ số phân loại (IPC) sáng chế liên quan đến nhựa phân hủy sinh học Với 1400 sáng chế liên quan đến nhựa phân hủy sinh học nộp đơn đăng ký bảo hộ, đưa vào bảng phân loại sáng chế quốc tế IPC, nhận thấy số số phân loại xuất nhiều sáng chế thể hướng nghiên cứu sau:  C08L: Hợp phần hợp chất cao phân tử  C08K: Sử dụng chất vô hữu phân tử thấp hợp phần hóa hợp  C08J: Gia cơng; phương pháp hóa hợp chung  B65D: Thùng chứa để bảo quản vận chuyển sản phẩm vật liệu, ví dụ túi, chai, hộp, can, hộp tơng, thùng, bị, bình, xi téc, xà lan, bình kín, chi tiết bao gói, cấu kiện  B29C: Tạo hình liên kết chát dẻo; tạo hình chất trạng thái dẻo nói chung; xử lý tiếp sản phẩm tạo hình  C08G: Các hợp chất cao phân tử thu theo cách khác với phản ứng, có tham gia liên kết carbon-carbon khơng no  B32B: Các sản phẩm có lớp, tức sản phẩm cấu tạo từ lớp có dạng phẳng hình khối, ví dụ từ lớp có cấu trúc xốp tổ ong 19 Hình 7: Tỷ lệ số phân loại sáng chế liên quan đến nhựa PHSH Giới thiệu số sáng chế nhựa phân hủy sinh học  Nhóm sáng chế nghiên cứu nhựa PHSH từ tinh bột Tinh bột, công thức phân tử (C6H10O5)n nguồn nguyên liệu vô tận cho ngành hóa học Tinh bột sử dụng dạng ngun thủy hay biến tính Nó sử dụng rộng rãi công nghiệp công nghiệp giấy, dệt, kỹ nghệ chế tạo vật liệu mỏng sóng, kỹ nghệ keo dán, bao bì, Trong năm gần đây, tinh bột thành phần quan trọng để tạo loại bao bì, màng polymer tự phân hủy làm màng bao không thấm dầu…  Một số sáng chế nhựa PHSH điển hình từ tinh bột:  Nhựa phân hủy sinh học chứa tinh bột phƣơng pháp sản xuất (EP0535994) 20 Sáng chế giới thiệu phương pháp sản xuất loại nhựa PHSH sở polyester béo có điểm nóng chảy từ 45-130˚C tinh bột hồ hóa Điểm đặc biệt SC sử dụng dung môi nước Hàm lượng tinh bột nhựa đạt đến 45% Loại nhựa sử dụng để sản xuất sản phẩm có khn đúc  Vật liệu nhiệt dẻo phân hủy sinh học sở polysaccharide (US5459258) Vật liệu nhiệt dẻo phân huỷ sinh học tổng hợp theo giai đoạn: - Polysaccharide kỵ nước liên tục - Polysaccharide phân tán Sau biến tính, vật liệu dễ dàng chế biến thành nhiều loại sản phẩm có đặc tính vật lý cho mục đích sử dụng Khi chưa phân hủy, vật liệu không độc hại cho môi trường (trong thời gian lưu bãi rác nơi khác)  Vật liệu phân hủy sinh học từ tinh bột ghép polymer (WO2003/074604): Tinh bột dạng hạt thêm vào polymer để hạ giá thành Hỗn hợp tạo thành có tính chất tương tự polymer tinh khiết Điểm mấu chốt sáng chế diện chất tương hợp hai bề mặt (compatibilyzer interfacial) tinh bột polyethylene  Nhóm sáng chế nghiên cứu nhựa PHSH phƣơng pháp khác  Phƣơng pháp tổng hợp sản phẩm polymer phân hủy sinh học với cacbonat canxi (US2011/0172326): 21 Giới thiệu phương pháp tổng hợp loại vật liệu có khả phân hủy sinh học, thành phần có chứa từ 25-85% cacbonat canxi với ma trận biopolymer PHSH axit polylactic (PLA), protein đậu nành, polyhydroxyalkanoate ("PHA"), polyhydroxybutyrate (PHB), và/hoặc tinh bột từ ngơ, lúa mì, khoai mì, khoai tây, sản phẩm tái tạo khác  Nhựa phân huỷ sinh học từ hỗn hợp bột sợi vỏ dừa (EP 0786496): Sáng chế giới thiệu phương pháp sản xuất nhựa PHSH cách phối trộn bột xơ dừa với vật liệu nhựa PHSH, cho phép sản phẩm cuối có độ phân hủy nhanh nhiều so với vật liệu ban đầu Hình 8: Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu Qui trình sản xuất sản phẩm bao gồm công đoạn: - Tách xơ dừa thành sợi - Xử lý sợi xơ dừa thành bột - Trộn bột xơ dừa với chất dẻo để tạo hạt  Giới thiệu số sáng chế túi nhựa phân hủy sinh học  KR2006008232A (nộp đơn 26/01/2006 Yun Dong Hyun): Giỏ mua hàng làm từ nhựa PHSH giúp giảm ô nhiễm môi trường  GB2455599 (A) (nộp đơn 17/06/2009 Page Richard Robinson Keith): Một loại túi làm từ nhựa PHSH giấy 22  CN104194289A (nộp đơn 10/12/2014 Zhejiang Bohai Hygienic Products Co Ltd): SC liên quan đến thành phần cấu tạo vật liệu túi nhựa PHSH từ số chất như: 5-25% polylactic acid, 43-48% poly-terephthalic acidco-butadiene polybutylene terephthalate glycol ester, 1530% 3-hydroxy-butanoic acid ester, …tất tạo nên độ cứng, bền, dai thân thiện với môi trường  JP2002179079A (nộp đơn 26/06/2002 Toyo Ink MFG Co): Túi làm từ nhựa PHSH giảm ô nhiễm môi trường Điểm mới: Túi phủ lớp nhựa PHSH lớp in có chứa kẽm thành phần kết dính Một loại màu nhóm chlorophyllin phủ mặt ngồi túi 23 III CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA SINH HỌC Quy trình tổng quát Hạt nhựa nguyên sinh sau trộn nóng chảy với tinh bột số phụ gia máy đùn hai trục vít tạo sản phẩm hạt nhựa tự huỷ với tỉ lệ 50% tinh bột (w/w) Hạt sản phẩm tự huỷ sau đem sản xuất bao bì sản phẩm ép phun phù hợp với yêu cầu khách hàng Nguyên liệu thô Máy đùn trục Tạo hạt Máy gia cơng sản phẩm cuối Quy trình gia cơng sản xuất hạt nhựa Qui trình gia cơng hạt nhựa sinh học thực máy đùn hai vít, có L/D = 48 hay 52, sau trôn sơ hạt nhựa, tinh bột phụ gia sản phẩm khỏi đầu die máy đùn có dạng sợi nóng chảy Sau đó, sợi dây qua làm nguội 24 nước sau qua hệ thống quạt gió để làm khơ sản phẩm trước qua hệ thống cắt hạt sản phẩm dạng hạt Phƣơng pháp gia công sản phẩm a) Ép phun Đây phương pháp tạo sản phẩm khối sản phẩm nhà bếp, ly, chén đĩa… Đối với sản phẩm sản phẩm chúng tơi đưa thành phần tinh bột lên tới 60%.(có thể lấy nhãn xanh sản phẩm biobased 60) b) Ép đùn Đây công nghệ để tạo sản phẩm dạng khối với lực ép lớn tương tự với công nghệ ép phun Sản phẩm từ công nghệ sử dụng polymer phân hủy sinh học có thành phần độn tinh bột 50% c) Thổi khuôn Sản phẩm thường thấy loại loại can, chai dầu gội, loại chai đựng dung dịch… chúng tơi thử nghiệm chế tạo can loại với thành phần tinh bột 40% d) Cán màng Đây phương pháp tạo màng loại vật liệu có số chảy cao Đối với loại nhựa phân hủy có tinh bột có số chảy thấp nên phương pháp sử dụng không phù họp e) Thổi màng Đây phương pháp chúng tơi chủ yếu nghiên cứu Có nhiều lý do: - Thứ nhất, phương pháp phổ biến Việt Nam nói riêng nước giói nói chung, khơng cần phải thay đổi tất cơng nghệ có mà thay đổi số chi tiết - Thứ hai, công nghệ đơn giản ứng dụng - Thứ ba, chi phí đầu tư cho cơng nghệ thấp so với loại phương pháp gia cơng màng khác Quy trình tạo màng bao bì từ sản phẩm sinh học Hạt nhựa từ hỗn hợp nhựa phân hủy sinh học gia công thổi màng máy thổi, tỷ lệ độ dài đường kính trục vít (L/D) 28:1, đường kính trục vít 40 mm Đối với máy cần thay đổi số thơng số gia cơng ứng dụng sản phẩm phân hủy sinh học mà không cần phải thay đổi cơng nghệ 25 Hình 9: Quy trình thổi màng thiết bị thổi màng đơn lớp chuyên dụng Ƣu điểm quy trình cơng nghệ - Có thể sử dụng lại cơng nghê sẵn có - Tận dụng nguồn nguyên liệu nước rẻ tiền - Chi phí đầu tư thấp so với mua cơng nghệ từ Châu Âu, hay nước khác - Có thể thông qua tiêu chuẩn nghiêm ngặt nhựa phân hủy sinh học Châu Âu, Nhật Bản IV CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TINH CHẤT MANG TỰ HỦY Tính chất nhiệt Hình 10: Giản đồ TGA nhựa phân hủy Độ bền nhiệt ảnh hưởng lớn đế qui trình gia cơng màng, ngồi tính chất chảy độ thủy tinh hóa Thơng qua hình thấy độ bền nhiệt hạt 26 nhựa sinh học thấp so với nhựa thông thường độn tinh bột vào nhiệt chảy giảm nên gia công nhiệt độ thấp nhiệt độ thông thường Nhờ nhiệt chảy thấp nên gia công sử dụng nhiệt độ thấp nên tiết kiệm nhiều chi phí gia cơng Ngồi dùng phương pháp đánh giá cách định tính khả phân hủy loại nhựa Tính chất lý hóa Thơng qua hình so sánh tính chất lý ta thấy độ cứng hỗn hợp tăng hàm lượng tinh bột tăng đến 30% Tuy nhiên độ dãn dài đứt kéo không thay đổi, nghĩa gia cơng thành màng màng đảm bảo tính chất lý tương đương với sử dụng PE Khi tăng hàm lượng chất lên 40%, tính chất lý có giảm bảo đảm màng bao bì sử dụng chứa đựng Ở 50% độ dãn dài kéo giảm nên sử dụng cho phương pháp ép hay ép phun sản phẩm có kết cấu dạng khối Khảo sát khả hấp thu độ ẩm Độ hấp thu độ ẩm liên quan nhiều đến việc bảo quản bao bì sử dụng q trình bao bì bảo quản sản phẩm mà chứa đựng Độ hấp thu cao trình phân hủy màng bảo quản nhanh bảo quản sản phẩm không tốt Ngược lại, độ hấp thu độ ẩm thấp bao bì thể vai trò Thơng qua khảo sát bao bì phân hủy có độ tinh bột thể khả hấp thu độ ẩm tương đối thấp nên bảo đảm không bị phân hủy trinh bảo quản, trình sử dụng 27 Khảo sát khả phân hủy Qua đánh giá sơ cảm quan thấy màng phân hủy sau tháng chôn đất Đánh giá sản phẩm nhựa thân thiện môi trƣờng  XÉT NGHIỆM 1: Đánh giá hàm lượng chất độn (tinh bột) có nguồn gốc sinh học - Phân tích hàm lượng c14 (ASTM D6866-10) - Phân tích nguyên tố (xác định nguyên tố oxy có hợp chất) 28  XÉT NGHIỆM 2: Kiểm tra khả phân hủy chôn môi trường đất - Tiêu chuẩn ASTM D6400 - Tiêu chuẩn quốc tế EN13432  XÉT NGHIỆM 3: Hàm lượng khí cacbonic (CO2) đốt - Theo chuẩn JIS K 2541-3  XÉT NGHIỆM 4: Hàm lượng kim loại nặng - Theo tiêu chuẩn an tồn sản phẩm màng bao bì V HIỆU QUẢ KINH TẾ XÃ HỘI MÔI TRƢỜNG - Giảm sử dụng nguyên liệu polymer bắt nguồn từ dầu mỏ - Sản phẩm PE/tinh bột: giảm sử dụng 30% PE - Sản phẩm PP/tinh bột: giảm sử dụng 50% PP - Giảm lượng nguyên liệu nguồn dầu mỏ - Tăng phân hủy rác thải từ nguyên liệu nguồn dầu mỏ - Sản phẩm an tồn, khơng chứa thành phần độc tố hàm lượng kim loại nặng - Giảm lượng khí thải CO2 xử lý rác thải phương pháp đốt rác - Không phân hủy q trình sử dụng - Khơng gây khó khăn thu gom rác thải - Có khả tái chế lần - Nguyên liệu nguồn nông nghiệp có sẵn nước - Tạo cơng ăn việc làm - Tăng lượng hàng hóa xuất VI ĐÁNH GIÁ ĐẦU TƢ Tương đương với nhà máy tạo hạt compound thơng thường - Đầu tư máy móc - Chuyển giao công nghệ - Nghiên cứu phát triển - Khả cạnh tranh 29  Giá : So với nhựa truyền thống sản phẩm cao khoảng 10-15%, nhiên so với sản phẩm có thị trường sản phẩm nhựa phân hủy sinh học có giá thấp nhiều  Cơng nghệ: Cơng nghệ phát triển từ cơng nghệ cũ thực thay đổi giao dịch với nhà cung cấp máy móc  Nguồn nguyên liệu : Nguồn nguyên liệu có sẵn mua cách dễ dàng Đối với số phụ gia chúng tơi sản xuất  Chuyển giao công nghệ - Chuyển giao công nghệ không độc quyền - Hợp tác phát triển sản phẩm - Hợp tác sản xuất VII KẾT LUẬN - Tạo hỗn hợp hạt chủ master batch - Hạt nguyên liệu - sản phẩm có hạn sử dụng ngắn ngày - Sử dụng thiết bị gia công truyền thống - Giảm phụ thuộc nguyên liệu nguồn từ dầu mỏ - Có khả phân rã đất trình phân hủy sinh học - Có thể tiến hành nhanh - Giá thành cạnh tranh - Có khả tái chế 30 31 ... TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BAO BÌ NHỰA TẠI VIỆT NAM VÀ POLYME PHÂN HỦY SINH HỌC Thực trạng sử dụng bao bì nhựa, quản lý chất thải bao bì gây nhiễm mơi trường Việt Nam Tổng quan. .. thiết thực tế bao bì tiếp xúc với ánh nắng mặt trời Khi sử dụng TiO2 hiệu quang hóa TiO2 vấn đề cần quan tâm nhóm nghiên cứu khơng ngừng cải thiện tính chất quang hóa chúng cách bi n tính hay... ký SC liên quan đến bao bì (túi nhựa) phân hủy sinh học theo thời gian: - Năm 1994: có SC đăng ký - Từ 1994 – 2014: Gần 50 SC đăng ký bảo hộ 16 Hình 4: Bi u đồ lượng SC liên quan đến bao bì (túi