Hình minh họa: 3 giai đoạn phân hủy sinh học

Công nghệ nhựa phân hủy sinh học Oxo và phụ gia tự phân hủy (d2w)

Công nghệ này chủ yếu áp dụng cho polyolefin (Polyetylen, Polypropylen), cũng như tất cả các co-polymer và dẫn xuất polyme của chúng, có nguồn gốc từ PE / PP ban đầu.

     * Ví dụ) EVA, đồng trùng hợp polyme etylen Vinyl axetat, là đồng trùng hợp của etylen với đồng trùng hợp monome vinyl axetat.

Việc áp dụng công nghệ trên thực tế được thực hiện thông qua một tổng phụ gia (d2w) được kết hợp với tỷ lệ bổ sung thấp (~ 1% trong trường hợp chung) tại thời điểm sản xuất thành phẩm.

    * Phương pháp chế biến thành phẩm: thổi, đúc màng hoặc đùn định hình rắn, ép hoặc thổi, phủ nhựa hoặc giấy, cán mỏng, sản phẩm dệt hoặc không dệt, v.v.

    - Sản phẩm mới được tạo ra có thời hạn sử dụng + thời hạn sử dụng theo quy định, cũng như tỷ lệ xuống cấp và mức độ suy giảm sau khi bị thải bỏ trong môi trường, kể từ thời điểm phụ gia được kết hợp.

    - Sự cân bằng giữa thời hạn bảo quản / thời hạn sử dụng và quá trình xuống cấp được thiết kế cẩn thận trong thành phần nguyên liệu / phụ gia và sẽ đảm bảo rằng sản phẩm được bảo quản trong nhà kho (trước khi được sử dụng) cũng như trong quá trình sử dụng, Các tính chất cơ, lý, quang học, hóa học của thành phẩm sẽ giữ nguyên như đối với sản phẩm thông thường không tích hợp d2w.

    - Nhưng ngay sau khi sản phẩm được thải bỏ trong môi trường, các yếu tố môi trường (nhiệt, bức xạ UV, ứng suất cơ học tạo ra bởi các yếu tố như gió, mưa, ma sát và lực căng giữa các lớp trong bãi chôn lấp, v.v.) sẽ phá hủy sự ổn định được kết hợp trong thành phẩm và vật liệu nhựa không được bảo vệ trước quá trình thoái hóa.

    - Chúng tôi kiểm soát tất cả các bước trong vòng đời của thành phẩm thông qua thành phần của d2w.

       * Thời hạn sử dụng: kho / lưu trữ / vận chuyển

       * Tuổi thọ sử dụng: đối với một sản phẩm được thiết kế để sử dụng ở cả điều kiện ngoài trời và trong nhà, công thức sẽ khác với sản phẩm chỉ được sử dụng trong nhà và, một lần nữa, khác đối với một sản phẩm chỉ tiếp xúc với điều kiện môi trường , điều kiện môi trường ngoài trời nghiêm ngặt.

Các polyme này (PE, PP, copolyme và các dẫn xuất của chúng) bị phân hủy theo môi trường trong một quy trình phức tạp gồm 2 bước:

(A) Sự phân hủy phi sinh học hoặc hóa học của polyme (đạt được thông qua việc kiểm soát d2w)

(B) Sự phân hủy sinh học, hoặc vi sinh vật tiêu thụ vật liệu còn lại được tạo ra ở bước (A)

Bước (A) đạt được thông qua một cơ chế triệt để, trong đó oxy trong khí quyển tấn công các chuỗi dài polyme thông qua một chu trình phản ứng hóa học hydro-peroxit.

Sự tấn công oxy được tăng cường bởi bức xạ UV, tiếp xúc với nhiệt và căng thẳng cơ học và được kiểm soát chặt chẽ bởi gói chất xúc tác chống phân hủy, được tích hợp trong d2w.

Cơ chế phá vỡ các chuỗi polyme khi tiếp xúc với nhiệt và tiếp xúc với tia cực tím là khác nhau, nhưng kết quả là giống nhau.

Có 3 thay đổi chính trong cấu trúc và hành vi của polyme, tạo điều kiện cho bước thứ hai của quá trình, quá trình phân hủy sinh học.

3 thay đổi quan trọng này như sau:

a) Khối lượng phân tử và do đó kích thước của các đại phân tử polyme giảm mạnh.

Vì polyme ban đầu có thể có trọng lượng phân tử Mw ở 250.000 - 350.000 Dalton, vật liệu bị phân hủy sẽ xuống dưới 5000 Dalton.

Điều này sẽ cho phép vi khuẩn xử lý và sử dụng những mảnh vỡ này làm thức ăn và nguồn năng lượng.

b) Thành phần của các mảnh thay đổi - như ban đầu chỉ có cacbon và hydro trong thành phần polyme (là nhiên liệu không phải là thực phẩm), thành phần chuyển thành cacbon + hydro + oxy = thành phần thức ăn cho vi sinh vật.

Oxy tấn công polyme liên kết hóa học với phần cuối của các đoạn mạch ngắn được tạo ra dưới dạng các nhóm chức hữu cơ: axit cacboxylic, axit hydro-cacboxylic, anđehit, xeton, rượu, este.

Tất cả các nhóm chức hữu cơ này được gọi là có thể phân hủy sinh học, tức là dễ bị vi sinh vật tiêu thụ trong chuỗi năng lượng và dinh dưỡng của chúng.

c) Polyme ban đầu kỵ nước, tức là nó đẩy nước. Nếu bạn thả nước lên màng PE / PP / EVA, các giọt nước sẽ vẫn hình cầu do polyme đẩy lùi chúng.

Nhưng khi polyme đã bị phân huỷ, nước sẽ được hấp thụ ngay lập tức bởi phần dư bị phân huỷ và điều này tạo điều kiện cho vi sinh vật lắng đọng trên bề mặt nhựa của vật liệu bị phân huỷ. Các vi khuẩn không thể sống trong môi trường khô hạn, chúng cần nước để sống, phát triển và sinh sôi.

3 biến đổi cơ bản / quan trọng ở trên trong polyme ban đầu tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập vào nguyên liệu bị phân hủy và tiêu thụ nguyên liệu còn lại này với sản phẩm cuối cùng là: carbon dioxide (từ quá trình hô hấp của vi sinh vật), nước và sinh khối. Sinh khối đại diện cho vật chất tích cực, humic, tương tự như phân bón tự nhiên, vì nó được hình thành bởi các tế bào vi sinh vật chết.

Hai bước trên của quá trình phân hủy được kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM D-6954-18 để xác nhận rằng bất kỳ sản phẩm hoàn thiện nào cũng sẽ vượt qua các điều kiện thử nghiệm.

Bên cạnh Giai đoạn 1 (Phân hủy phi sinh học) được mô tả ở trên và Giai đoạn 2 (Phân hủy sinh học), ASTM D-6954-04 có Bậc 3 đề cập đến Độc tính sinh thái - tức là vật liệu sẽ không gây ô nhiễm môi trường và nó sẽ không tạo ra các hợp chất hóa học độc hại. Vì vậy, ASTM D-6954-18 đề cập đến cả 3 bước của công nghệ và cung cấp các nguyên tắc xác nhận.

Tác dụng xúc tác của phụ gia d2w nhanh chóng phá vỡ các chuỗi dài và tạo ra các gốc tự do.

Trong giai đoạn phi sinh học, các polyme trải qua các phản ứng oxy hóa gốc tự do tạo ra các phân tử chuỗi ngắn.

Các gốc tự do kết hợp với các nguyên tử oxy có sẵn tạo ra hydro-peroxit.

Các phân tử có chuỗi ngắn hơn này hiện ưa nước.

Các hydro peroxit chuỗi ngắn thu được hiện có sẵn để tiêu thụ bởi các vi sinh vật.

Quá trình phân hủy sinh học tạo ra dư lượng vô hại như CO2, H2O và Sinh khối.

“Quá trình phân hủy (của nhựa phân hủy sinh học oxo) không chỉ là sự phân mảnh - mà là sự thay đổi toàn bộ vật liệu từ polyme có trọng lượng phân tử cao thành các mảnh monome và oligomeric, và từ các phân tử hydrocacbon thành các phân tử chứa oxy, có thể được đồng hóa sinh học. . ” - Giáo sư Ignacy Jakubowicz, Thụy Điển.

By Radu Baciu / Group Director of Technical / Symphony Environmental Ltd

Lê Quỳnh (Dịch)