polymer phân hủy sinh học 2

1. Phân loại chất dẻo

           Nguyên nhân chính làm giảm cấp các chất dẻo dùng trong nông nghiệp khi sử dụng là sự giảm cấp quang học và bị oxy hóa. 

             handbook biodergadable polymer ( polymer phân hủy sinh học)

         Chất dẻo có thể được thành 4 nhóm chính thể theo mức độ dễ giảm cấp trong suốt thời gian phơi trong điều kiện mội trường cụ thể và bản chất của sự giảm cấp mà chất dẻo được chế tạo để trải qua.

            - Chất dẻo không tự hoại được

            - Chất dẻo dễ tự hoại

           - Chất dẻo tự hoại có kiểm soát ( chất dẻo có thể tự giảm cấp với các mức độ theo chương trình đã định)

            - Chất dẻo tự hoại nhờ môi trường ( chất dẻo của nhóm này có thể xếp vào một trong hai nhóm trên)

            2.Chất dẻo không thể tự hoại

             Chất dẻo thương mại thường bền trong thời gian sử dụng và chỉ giảm cấp nhẹ sau đó. Trong một số môi trường, các đồ vật làm từ chất dẻo loại này nếu bị giảm cấp vẫn giữ nguyên thù hình của chúng sau đó hàng chục năm. Sự bền dai của chất dẻo ( bền cơ học, chịu nước và chịu vi sinh tấn công) đã làm chúng hữu ích trong nhiều ứng dụng hơn 40 năm qua.

          3.Chất dẻo dễ tự hoại

            Chất dẻo dễ tự hoại là loại chất dẻo sau khi hết thời gian sử dụng là nó "tự hủy". Tuy nhiên sự giảm cấp dần dần của vật liệu này không thể kiểm soát được. Sau khi đạt tới tuổi thọ sử dụng, vật liệu này hoặc bị rã ra hoặc bị tiêu hóa. Nó có thể được vi sinh vật tiêu hóa tiếp .Còn nếu không thì chất dẻo trở thành bụi phân tán gây ô nhiễm. Khi được vi sinh tiêu hóa , chất dẻo này trở lại hệ sinh thái với phương cách an toàn, không gây ô nhiễm. Điều này giúp định ra rõ trong các tiêu chuẩn đo lường về đánh giá giảm cấp sinh học cho chất dẻo sẽ được bàn rõ ở phần sau.

• Chất dẻo tự hoại có kiểm soát

           Sự giảm cấp có kiểm soát là ý tưởng được đưa ra từ cách đây 30 năm. Mục đích là giúp chất dẻo được sử dụng linh hoạt hơn, nghĩa là tạo sản phẩm có tuổi thọ sử dụng xác định và đa dạng hóa sản phẩm với thời gian tuổi thọ khác nhau tùy theo ứng dụng. Sự khác biệt giữa chất dẻo loại này với loại dễ tự hoại là mức độ kiểm soát sự giảm cấp theo thời gian và dạng đường cong giảm cấp. Chất dẻo tự hoại có kiểm soát biểu lộ sự giảm cấp theo từng bậc và tốc độ giảm cấp lớn ở thời điểm định trước chứ không xày ra từ từ đều đều như loại dễ tự hoại.

• Chất dẻo tự hoại nhờ môi trường

          Một số polymer được gọi là có thể tự hoại hay giảm cấp sinh học thì thực ra mang tính chất là có thể bị bào mòn bởi sự thủy giải nhờ men hoặc hoặc giảm cấp do quang hóa hoặc tự hoại một phần. Các polymer khác nhau này được xếp trong nhóm phân loại rộng hơn gọi là polymer tự hoại được nhờ môi trường. Tất nhiên việc sử dụng thuật từ “ Nhờ môi trường” có thể bị hiểu sai trong một số trường hợp. Ngay cả khi thuật từ này dùng rộng rãi trong các tài liệu tham khảo kỹ thuật và cả trong tiêu chuẩn ASTM D6002-96 ( Các hướng dẫn chuẩn cho việc đánh giá khả năng phân hóa của các chất dẻo tự hoại nhờ môi trường) , người ta vẫn chưa có thể tìm ra được một định nghĩa chính thức cho họ polymer này.

           Các chất dẻo tự hoại nhờ môi trường, dựa vào sử dụng thuật từ hơn là sự định nghĩa cụ thể , có thể được coi là một nhóm rộng các vật liệu polymer tự nhiên và tổng hợp. Các polymer trong nhóm này thực hiện sự thay đổi hóa học dưới tác động của các yếu tố môi trừơng . Các thay đổi hóa học phải được theo tiếp bằng sự tiêu hóa hoàn toàn các sản phẩm giảm cấp bời vi sinh tạo ra khí CO2 và nước. Đặc biệt, quá trình giảm cấp của chất dẻo tự hoại nhờ môi trường trải qua hai giai đoạn: phân rã và khoáng hoá. Trong giai đoạn khởi đầu, sự phân rã liên quan rõ nét đến sự suy giảm tính chất vật lý như biến màu, trở nên giòn và vỡ vụn. Giai đoạn thứ hai được cho là sự chuyển hóa sâu của các mảnh vụn chất dẻo thành khí CO2 và nước, sinh khối ( trong điều kiện hiếu khí) hoặc CH4, CO2 và sinh khối tế bào ( trong điều kiện yếm khí). Sự giảm cấp và tiêu hóa chất dẻo tự hoại nhờ môi trường phải kết thúc hoàn toàn và xảy ra ở tốc độ nhanh đủ hiệu quả để tránh sự tích tụ chất thải trong môi trường. Đã có nhiều câu hỏi được đưa ra xoay quanh tính hợp lệ và các điều kiện cần và đủ về giai đoạn thứ hai này. 

          Các chất dẻo tự hoại nhờ môi trường có thể là loại nguyên liệu có thể tái chê1h hoặc không thể tái chế. Các loại chất dẻo tự hoại nhờ môi trường có thể tái chế là cellulose, tinh bột, các ester của tinh bột, collagen, nhựa visco, cellulose acetate ( có DS <2), các polyhydroxy alkanoate, polylactic acid (PLA). Loại không thể tái chế được như polyvinyl alcohol, polycaprolactone, các copolyester aliphatic và aromatic, blend của tinh bột với các polyester tự hoại, v.v… Nguyên liệu tái chế dùng cho sản xuất chất dẻo tự hoại nhờ môi trường là có thể là các hợp chất thiên nhiên đơn giản ( như các amino acid, đường, nguồn sinh dưỡng thủy sản và động vật) hoặc là các dẫn xuất từ các hợp chất thiên nhiên đã được chuyển sang hóa học để xây dựng các thành tố cho chất dẻo tự hoại nhờ môi trường. Chất dẻo tự hoại nhờ môi trường cũng có thể dược sản xuất từ các nguyên liệu không tái chế được, thông dụng nhất là từ dầu mỏ và khí thiên nhiên. Các chất dẻo tự hoại nhờ môi trường thường được dùng ở dạng blend hoặc composite mà trong đó có nhiều hơn hai loại vật liệu tự hoại kết hợp lại để đáp ứng các yếu cầu tối ưu về tính năng phục vụ trong khi vẫn duy trì hay cải thiện khả năng tự hoại hoàn toàn.

           Theo tổ chức phát triển công nghiệp của Liên Hiệp Quốc , trong phần hướng dẫn về áp dụng khoa học kỹ thuật công nghệ cao và xanh ICS EDP-2003 dành cho chất dẻo tự hoại nhờ môi trường, các tính chất cần có ở loại chất dẻo tự hoại nhờ môi trường như sau:

        - Giảm cấp nhanh chóng kèm theo hoặc có sự giảm cấp sinh học

        - Sản phẩm giảm cấp phải có thể sau đó tiêu hóa được nhờ vi sinh ( nghĩa là có thể được tiêu hóa và chuyển hóa thành CO2 và nước bằng con đường sinh học)

        -Dễ gia công

• Tính đang dụng cao

• Tính năng phục vụ chấp nhận được

• Giá thành họp lý

         Theo Bộ môi trường và tài nguyên của Úc, các phân loại chất dẻo tự hoại nhờ môi trường được định ra như sau:

- Các polyester tự hoại

- các polymer gốc tinh bột tự hoại

- Các polyerm tan được trong nước

- Các polymer giảm cấp nhờ quang hóa

- Các bã màu giảm cấp có kiểm soát

         4. Sự giảm cấp sinh học

           Sự giảm cấp sinh học là sự giảm cấp hóa học của vật liệu gây ra bởi hoạt động của vi sinh vật diễn ra trong tự nhiên. Các vi sinh vật gây giảm cấp hóa học là các vi khuẩn, nấm và tảo. Khi sự giảm cấp sinh học diễn ra, quá trình này tạo ra khí CO2 hoặc CH4 (mê tan) và nước. Nếu có sự hiện diện oxy, quá trình được gọi là sự tự hoại hiếu khí. Nếu quá trình xảy ra trong điều kiện không có oxy , nó được gọi là quá trình tự hoại yếm khí. Sản phẩm của quá trình yếm khí là khí CH4 (mê tan) và nước. Trong vài trường hợp, cả hai loại sản phẩm khí ( CO2, CH4) đều có mặt.

          Sự khoáng hóa được định nghĩa như là sự chuyển hóa của các vật liệu tữ hoại hoặc sinh khối thành khí ( như CO2, CH4 và hợp chất nitơ), nước , muối vô cơ, và các khoáng chất. Sự khoáng hóa hoàn tất khi tất cả phần vật liệu tự hoại hoặc sinh khối được tiêu thụ hết cũng như tất cả phần carbon được chuyển thành khí CO2.

         Có hai bước liên quan đến sự giảm cấp sinh học của polymer:

• - Cơ học ( nghiền), hóa học ( bức xạ tia cực tím gây giảm cấp nhờ quang hóa hoặc giảm cấp do nhiệt). Trong suốt bước này, vi nấm và vi khuẩn , hoặc các tác nhân sinh học khác ( sâu, mối, giun,rễ cây) cũng có thể phân mảnh sản phẩm (phân hóa sinh học tạo mùn). Bước tạo mùn đầu tiên rất quan trọng và hũu ích vì nó làm tăng bề mặt tiếp của vật liệu giảm cấp giúp thuận tiện cho bước kế tiếp xảy ra.

• Bước này liên quan đến sự giảm cấp sinh học gọi là Sensu Structo. Vi sinh vật tấn công và tiêu hóa sản phẩm mùn. Chúng chuyển mùn thành các sản phẩm phụ và dần thành khí CO2 hoặc CH4 , nước và sinh khối.