Biopolymer và sự phát triển bền vững

Biopolymer & sự phát triển bền vững
Ngày nay nhựa - polymer ngày càng thâm nhập và giữ vài trò quan trọng
trong cuộc sống của con người. Loại vật liệu này rất dễ chế tạo, sản xuất và có
ứng dụng vô cùng phong phú, chính và thế mà chúng có mặt mọi nơi, mọi lúc
xung quanh chúng ta. Từ những vật dụng đơn giản như bàn ghế, bát đĩa, thau
chậu, đồ chơi trẻ em,… hay những thứ như bao bì, bao gói, túi siêu thị,…đến
những thứ máy móc phức tạo như máy vi tính, ti vi, ô tô, tủ lạnh,… hầu hết
chúng đều có thành phần cấu tạo (một phần hoặc toàn bộ) từ nhựa - một loại
polymer phổ biến. Tuy có lợi thế rất mạnh như vậy nhưng nhựa - polymer lại
cũng có nhược điểm khó có thể chấp nhận được đó là các phế thải từ rất khó
phân hủy trong môi trường tự nhiên (hàng chục đến hàng trăm năm), tồn đọng,
tích lũy gây ô nhiễm môi trường sống của chúng ta. Đó là còn chưa kể đến nhiều
loại nhựa - polymer chứa các chất phụ gia (các chất phụ gia như chất gia cường,
chất chịu thời tiết, chất chống tia tử ngoại, bột màu ) có ảnh hưởng không tốt tới
sức khỏe con người trong quá trình sử dụng chúng.
Chính vì thế mà các nhà khoa học trên thế giới đã không ngừng nghiên
cứu để khắc phục những nhược điểm đó. Và một trong các nghiên cứu quan
trọng đó là việc tìm ra vật liệu mới Biopolymer - một loại polymer nhưng có
nguồn gốc sinh học (từ thực vật, động vật,…). Thực ra các loại biopolymer tự
nhiên (gỗ, da,…) đã được ứng dụng từ rất lâu nhưng việc sử dụng chúng rộng rãi
làm gia tăng nạn phá rừng và săn bắt trái phép,… nên các nhà khoa học nghiên
cứu tìm ra các loại biopolymer nhân tạo từ các sản phẩm sẵn có từ sinh vật. Nó
có ưu điểm không kém polymer thông thường, không những thế ưu điểm vượt
trội của nó là khắc phục được những điểm yếu của polymer thông thường đó là
không độc hại đối với con người và môi trường, dễ phân hủy trong môi trường tự
nhiên như một loại chất hữu cơ thông thường.
Trong khuôn khổ báo cáo này chúng tôi xin trình bày một về một số
biopolymer điển hình và ứng dụng của chúng. Vì quỹ thời gian hạn hẹp nên bài
báo cáo có thế có những thiếu sót, mong quý vị lắng nghe, tham khảo và cho ý
kiến đóng góp. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn.
CNMT – ĐH Phương Đông 2

Biopolymer & sự phát triển bền vững
I. Giới thiệu chung về Biopolymer
1. Khái niệm Biopolymer
Như chúng ta đã biết polymer là các loại hợp chất cao phân tử được tạo
nên bởi nhiều đơn phân (monomer).
Thuật ngữ “biopolymer” đã được sử dụng để miêu tả loại polymer có
nguồn gốc từ sinh vật.
Biopolymer đã có nhiều ứng dụng trong các ngành kinh tế… VD: Chúng
có thể được dùng như keo dính, chất hút bám, chất bôi trơn, mỹ phẩm… Hiện
nay, rất nhiều biopolymer vẫn trong giai đoạn phát triển nhưng những ứng dụng
quan trọng đã bắt đầu nổi lên trong sản xuất thực phẩm, dược phẩm. Một vài
biopolymer có thể trực tiếp thay thế những vật chất tổng hợp (polymer) từ những
ứng dụng thông thường. Ngoài ra, một số biopolymer cho thấy có nhiều đặc tính
môi trường nên chúng được quan tâm hơn các biopolymer thông thường.
2. Thành phần cấu trúc
Biopolymer là một loại polymer đặc biệt nên cấu trúc của nó cũng giống
như của polymer là đều được tạo thành bởi sự liên kết của rất nhiều (từ vài trăm
đến hàng nghìn thậm chí hàng triệu) tiểu phân gọi là monomers. Chúng có thể
tạo thành cấu trúc mạch thẳng, mạch nhánh hay mạch liên kết ngang và các mạch
lại có thể tiếp tục liên kết với nhau tạo thành cấu trúc bậc cao (bậc 2, 3, 4…)
3. Phân loại biopolymer
Biopolymer có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau nhưng
thông thường biopolymer được chia thành hai loại theo nguyên tắc:
• Biopolymer tự nhiên: Là những polymer được tạo nên bởi cơ thể sinh học
như vi sinh vật, thực vật, động vật. VD: gỗ, da, tơ tằm,…
• Biopolymer nhân tạo: Là những polymer được tổng hợp hoá học chuyển
hoá từ những vật liệu sinh học ban đầu như amino axit, đường, chất béo tự
nhiên… VD: Nhựa tự hủy, thủy tinh sinh học…
Hoặc chúng có thể được phân loại theo cách phân hủy của chúng trong
môi trường tự nhiên thành năm loại như sau:

CNMT – ĐH Phương Đông 3
Biopolymer & sự phát triển bền vững
• Biopolymer phân huỷ sinh học do các vi khuẩn, nấm,… tiêu huỷ vật liệu .
• Biopolymer phân huỷ do thuỷ phân làm đứt mạch polymer
• Biopolymer phân huỷ do quá trính oxy hoá làm đứt các liên kết
• Biopolymer phân huỷ do quang hoá khi hấp thụ ánh nắng mặt trời
• Biopolymer phân huỷ do các nguyên nhân khác, ví dụ chất độn tách ra
khỏi biopolymer.
Bảng 1 đưa ra nhiều loại biopolymer khác nhau trong tự nhiên và nó cho biết
những chức năng mà các polymer đó phù hợp với mỗi cơ thể sống.
Bảng 1 – Biopolymer tìm thấy trong tự nhiên và chức năng của chúng
Polymer Monomer Chức năng
Axit nucleic (AND và ARN) Các nucleotide
Mang và nhận thông tin di
truyền ở cơ thể sinh vật.
Protein α – amino axit
Các xúc tác sinh học
(enzym), các nhân tố sinh
trưởng, các vật liệu cấu
trúc (lụa, len, tóc…), các
hormone, các độc tố…
Polysaccharide Đường
Vật liệu cấu trúc trong
thực vật và sinh vật bậc
cao (cellulose, chitin), vật
chất tích luỹ năng lượng
(tinh bột, glycogen), phân
tử nhận biết (các loại huyết
thanh), các chất bài tiết của
vi khuẩn.

Polyphenol Các chất chứa nhóm phenol
Vật liệu cấu trúc trong
thực vật (lignin), các vật
chất tạo đất (humic, mùn),
tannin.
Polyphotsphate
Các chất chứa nhóm
photphate
Các chất tích luỹ năng
lượng vô cơ.
CNMT – ĐH Phương Đông 4
Biopolymer & sự phát triển bền vững
Polysulfate Các chất chứa nhóm sulfate
Các chất tích luỹ năng
lượng vô cơ.
Nguồn: Báo cáo chuẩn bị cho Phòng đánh giá kỹ thuật của Bioinformation
Associates
4. Tính chất chung của biopolymer
Biopolymer có nhiều tính chất giống với tính chất của polymer thông thường
như tính linh hoạt hơn hẳn và tính bền, nhẹ, tính dẻo,…
Ngoài ra, tính chất vật lý và hoá học của biopolymer phụ thuộc vào:
• Cấu trúc phân tử
• Khối lượng phân tử
• Thành phần phân tử (các monomer tạo nên polymer)
Xét trên khía cạnh môi trường thì tính chất cơ bản nhất của biopolymer là
khả năng phân huỷ tự nhiên nhờ xúc tác enzyme của các vi sinh vật. Các polymer
tự nhiên như tinh bột thường được phân hủy thành monomer bằng phản ứng thủy
phân, sau đó xảy ra phản ứng ôxi hóa biến đổi monomer thành chất khác. Nhờ
nghiên cứu này, các biopolymer nhân tạo được sản xuất thường có những nhóm
chức có khả năng thủy phân nằm trong mạch chính như nhóm ester, nhóm amide,

nhóm urethane…
O O O
|| || ||
—C–O— —C–NH— —O–C–NH—
Nhóm ester Nhóm amide Nhóm urethane
5. Kỹ thuật trong lĩnh vực biopolymer
Biopolymer có thể được sản xuất qua một số loại công nghệ. Chúng có thể
được bắt nguồn từ một số loại vi khuẩn, tách chiết từ sinh vật bậc cao như thực
vật, hoặc tổng hợp hoá học từ những mẫu cấu trúc hóa học cơ bản. Biopolymer
được phát triển để sử dụng vào những việc như chế tạo dược phẩm, bao bì, mỹ
phẩm, chất phụ gia thực phẩm, xử lý nước, chất dẻo công nghiệp, biosensor và
nhiều thứ khác. Bảng 2 đưa ra danh sách một số biopolymer hiện đang được sử
dụng.
CNMT – ĐH Phương Đông 5
Biopolymer & sự phát triển bền vững
Bảng 2. Một số biopolymer
Polyester
Polyhydroxyalkalnoates (PHAs)
Polylactic axit (PLA)
Protein
Tơ tằm
Collagen
Polyamino axit
Casein
Albumin
Lipid
Acetoglyceride
Emulsan
Polymer đặc biệt
Poly-gamma-glutamic axit

Cao su thiên nhiên
Polysaccharide
Polygalactosamine
Xanthan
Dextran
Cellulose
Amylose/Amylopectin
Agar
Tinh bột
Chitin/Chitosan
Polyphenol
Tannin
Axit humic
Nguồn: David. L. Kaplan et al, “Naturally Occuring Biodegradable
Polymers”. G. Swift and R, Narayan, Polymer Systems-Synthesis and Utility
(New York, NY Hanser Publishing, forthcoming 1994)
II. Một số biopolymer và ứng dụng của nó
1. Polyhydroxyalkanoates (PHAs)
Có rất nhiều sự quan tâm hiện thời trong lĩnh vực biopolymer từ sự lo lắng
về những ảnh hưởng đến môi trường của việc sản xuất những loại vật liệu tổng
hợp. Việc sản xuất PHAs được tạo ra qua việc lên men. Toàn bộ quá trình được
minh hoạ ở sơ đồ dưới đây:
Sơ đồ các bước sản xuất PHA
CNMT – ĐH Phương Đông 6
Biopolymer & sự phát triển bền vững
Nguyên liệu thô

Môi trường điều chế

Lên men


Phá vỡ tế bào

Rửa

Ly tâm

Sấy khô
1. Nguồn Cacbon
2. Sự phát triển của vi khuẩn và sự tích
lũy của polymer
3. Tinh chế polymer
Nguồn: Bioinfomation Associates, Boston, MA
Ở bước cuối cùng của quá trình điều chế, chúng có thể được gia công
bằng kỹ thuật khuôn đúc. Việc đưa vào những nguồn carbon (vật liệu ban đầu)
cùng với việc lựa chọn những sinh vật sản xuất phù hợp cho phép tạo ra những
dạng PHA nguyên chất với nhiều tính chất khác nhau.
Polyhydroxybutyrate (PHB) và Polyhydroxyvalerate (PHV) là những
polymer thuộc nhóm PHA.
PHB được sản xuất bởi một
loại vi khuẩn mà nó sử dụng
chất này như là nguồn carbon
và năng lượng. PHB là một
chất dễ biến tính, khó sử dụng
và không bền ở nhiệt độ cao.
Tuy nhiên việc kết hợp
polyhydroxybutyrate (PHB) và polyhydroxyvalerate (PHV) tạo nên 1 polyme
bền vững là polyhydroxybutyrate – polyhydroxyvalerate (PHBV). PHBV được
tạo thành khi vi khuẩn phân huỷ cùng lúc glucose và axit propionic. Nó có những
tính chất thông thường như tính linh hoạt hơn hẳn và tính bền. Việc tìm ra và

CNMT – ĐH Phương Đông 7
Biopolymer & sự phát triển bền vững
phát triển PHA đã chứng minh một bước tiến chủ yếu trong việc sử dụng khả
năng có ích của PHA trong công nghiệp.
Vì chức năng của
PHA là nguồn carbon và nội
năng nên vi khuẩn có thể
phân huỷ PHA và dùng để
dự trữ các chất. Các sinh vật
tấn công PHBV bằng các
enzyme làm phá vỡ cấu trúc
polymer thành các phân tử
cơ bản là hydroxybutyrate
(HB) và hydroxyvalerate (HV). Những phân tử HB và HV bị tan biến bởi sự phát
triển của tế bào. Dưới điều kiện không khí, sản phẩm cuối cùng của phản ứng
sinh học là nước và carbon dioxide. Cũng trong điều kiện này, methane được tạo
ra nhiều. Sự phân huỷ của PHBV có thể diễn ra khá nhanh chóng trong hệ tác
động sinh học
Ứng dụng:
PHA có nhiều ứng dụng cần thiết như nó được dùng để làm giấy gói hàng
và các sản phẩm bảo vệ môi trường. H ãng Mitsubishi Kasei (Nh ật) đã phát triển
PHA cho việc sản xuất những lưới đánh cá có thể phân huỷ sinh học thay thế cho
những lưới đánh cá thông thường. Điều này rất quan trọng trong việc kinh doanh
PHA dùng để sinh tổng hợp hay lên men các chất. Chẳng bao lâu nữa PHA sẽ trở
thành một loại chất dẻo đặc biệt. Khả năng của công nghệ di truyền ở môi trường
vi khuẩn trong việc sản xuất PHA có thể tạo ra nhiều loại PHA tuỳ theo mục đích
sử dụng. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra bước tiến quan trọng trong việc làm sáng
tỏ con đường sinh tổng hợp để từ đó dẫn tới việc sản xuất PHA. Các enzyme mã
hoá các gene dẫn tới các sản phẩm PHA được tách và phát triển thành dòng vô
tính. Như vậy các nhà khoa học hiện nay có thể lập ra các bước sinh tổng hợp để

tạo ra các loại polymer với những đặc tính khác nhau.
Hiện nay, PHB được tổng hợp thành công từ thí nghiệm di truyền thực
vật. Các nhà khoa học đang tìm hiểu làm thế nào để sản xuất PHA từ việc thay
đổi cấu trúc enzyme của ngô và khoai tây. Mặc dù còn nhiều vấn đề cần chú ý về
CNMT – ĐH Phương Đông 8
Biopolymer & sự phát triển bền vững
mặt kỹ thuật, PHA có thể trở thành một loại mặt hàng nông nghiệp hoặc sản
phẩm được lên men dùng làm nguyên liệu thô trong công nghiệp hồ keo.
2. Xanthan gum
Xanthan gum là một phức hợp polymer sản xuất ở
môi trường vi khuẩn. Nó là một trong những
polysaccharide đầu tiên được kinh doanh trên thị trường.
Các phân tử xanthan chứa năm nhóm đường khác nhau.
Xanthan gum được sản xuất từ sự lên men của vi
khuẩn Xanthomonas campestris bằng việc sử dụng nguyên
liệu là mật mía và xyro ngô. Chất keo được vi khuẩn tiết ra
trong suốt quá trình polymer hoá
và thu lại nhờ cồn cùng với việc
loại bỏ các tế bào vi khuẩn. Vấn
đề chủ yếu trong công nghiệp sản
xuất xanthan là trong quá trình
môi trường lên men trở nên dính
hơn. Điều này làm tăng thêm
năng lượng đòi hỏi trong quá
trình pha trộn phải cung cấp oxy cho các tế bào vi khuẩn.
Ứng dụng: Xanthan gum với nhiều đặc tính cơ học và lý học không thông
thường, nó trở thành một polymer hấp dẫn đối với ngành công nghiệp và ngành
sinh học (khai thác dầu, khai thác quặng, nông
nghiệp, dược phẩm). Nó còn được sử dụng rộng
rãi trong cả ngành công nghiệp thực phẩm như

việc định hình phomat, kem và nhiều thực phẩm
khác. Mới đây xanthan được sử dụng trong loại
kem đánh răng mới. Trên các nhãn mác hàng hoá
thực phẩm trong siêu thị thường đưa ra hình ảnh đầy đủ về việc sử dụng chất này.
Điển hình như những gói súp ăn liền hay những loại thực phẩm không có chất
béo đã có thể sử dụng được.
CNMT – ĐH Phương Đông 9
Biopolymer & sự phát triển bền vững
Xanthan gum là loại polysaccharide được sử dụng rộng rãi nhất, trên thị
trường tiêu thụ khoảng 10.000 – 20.000 tấn. Khoảng 60% xanthan thành phẩm
được sử dụng trong thực phẩm, khoảng 40% còn lại sử dụng trong các ngành
công nghiệp khác. Thực phẩm có chứa xanthan có giá khoảng 8 – 10 USD/pao,
trong khi những loại thực phẩm không có xanthan đựoc bán với giá khoảng 5
USD/pao.
3. Polylactic acid
Polylactic acid được tạo ra bởi acid lactic có từ lactose (hoặc các loại
đường trong sữa) chiết suất từ củ cải đường, khoai tây, lúa mì, hay ngô….
Polylactic acid phân ly ra môi trường tạo nên các sản phẩm vô hại đối với cơ thể
sống của con người và môi trường. Chúng thường được ứng dụng trong y học. Ví
dụ như mổ xẻ, phẫu thuật, polylactic acid thường không sử dụng làm bao bì vì
giá thành quá cao.
CNMT – ĐH Phương Đông 10
Biopolymer & sự phát triển bền vững
Lợi thế lớn nhất của vật liệu nhựa sinh học làm từ tinh bột là nó tự phân
hủy trong môi trường bình thường trong thời gian ngắn.Trong điều kiện nhiệt độ
cao, kết cấu phân tử của nó cũng có thể bị bẻ gãy và chuyển hóa thành đường
glucose, sau đó lên men từ
tác động của vi khuẩn thành
axit lactic. Axit này được cô
đặc lại và tinh chế, chuyển

sang dạng đơn phân tử và
lúc này chỉ cần thực hiện
phản ứng trùng hợp để biến
chúng thành hợp chất đa
phân tử PLA, từ đó thực
hiện các công đoạn thông
thường khác để thu được các tấm nhựa sinh học. Công nghệ của Vegemat có thể
tận dụng hầu hết các bộ phận của cây ngô để chế biến nhựa sinh học. Đầu tiên,
người ta cho cả cây gồm thân, lá, bắp ngô vào máy nghiền nghiền vụn, sau đó
đưa sang máy ép để phá vỡ kết cấu phân tử tinh bột và xenlulo thành các đơn
phân tử.Sau đó, hợp chất đơn phân tử được đưa sang bộ phận tạo phản ứng hóa
học, dưới sự hỗ trợ của các chất xúc tác và nhiệt độ cao. Cuối cùng, người ta thu
được các loại sợi thực vật 100%.Ngoài các công nghệ chế tạo nhựa thuần túy có
nguồn gốc thực vật, nhiều hãng còn đưa ra các sản phẩm hỗn hợp chứa cả nhựa
sinh học và các chất dẻo truyền thống, như sản phẩm của Hãng Mater Bi trộn lẫn
tinh bột và một loại chất dẻo là polycaprolaptone làm tăng lý tính của nhựa có
nguồn gốc polymer thực vật.
III. Hiện trạng sản xuất và sử dụng biopolymer
1. Hiện trạng sản xuất và sử dụng biopolymer trên thế giới
Giờ đây, nhu cầu tiêu thụ sản phẩm polyme thay thế nhựa dẻo ở các nước
phát triển luôn tăng từ 10- 30% vì khả năng giữ môi trường trong sạch. Nhà hóa
học Franoise Sylvestre thuộc Trung tâm nghiên cứu Ensiaset (Pháp) nhận định.
Mới ra đời khoảng trên dưới 10 năm nhưng chỉ riêng tại châu Âu, tốc độ phát
triển sản phẩm nhựa sinh học đã tăng gấp 10 lần
CNMT – ĐH Phương Đông 11
Biopolymer & sự phát triển bền vững
Nhiều nước trên thế giới đã sản xuất ra các loại bao bì nhựa tự huỷ, như
Canada, Đan Mạch, Mỹ, New Zealand
Công ty Elldex, New Zealand, đã đưa ra một loại bao bì tự huỷ 100% dựa vào
các tổ chức sinh vật như vi khuẩn, nấm và tảo. Các loại bao bì này đều được làm

từ chất polyethylene, giống như các loại bao bì bình thường khác. Bao bì phân rã
sinh học qua hai quá trình căn bản nhờ vào một chất phụ gia gọi là TDPA. Trước
hết, plastic biến đổi do phản ứng lại với oxy lảm gãy các cấu trúc phân tử. Thứ
hai, các phân tử bị oxy hoá sẽ bị phân huỷ hoàn toàn trong môi trường CO
2
, nước
và các loại vi khuẩn, nấm hay tảo. Các loại túi này có tuổi thọ từ 18 - 24 tháng,
tính từ ngày sản xuất. Quá trình phân huỷ dài hay ngắn là dựa vào các tia nắng
mặt trời, oxy, nóng và các chất hoá học. Và như vậy, tốc độ chuyển hoá về mặt
hoá học của các bao bì sẽ nhanh hơn dựa vào môi trường tại các bãi xử lý rác.
TDPA sẽ được chế tạo sao cho quá trình phân huỷ khi để bao bì phơi bày dưới
ánh nắng mặt trời và có những chất xúc tác cơ học. Các phân tử nhựa trở nên nhỏ
hơn, và hoá nước và các vi khuẩn có thể sử dụng chúng như một nguồn thức ăn.
Đây là một chất hoàn toàn không có độc đối với các loại động thực vật nhạy cảm
như: lúa mạch, cải xoong, hay giun đất.
Trong tương lai, các loại nhựa sinh học sẽ cho phép giảm một lượng rác thải
từ chất dẻo rất lớn. Một con số cụ thể: nếu như các loại túi chất dẻo sinh học ra
đời thay thế được 14 tỷ túi chất dẻo chỉ riêng tại nước Pháp, môi trường sẽ đỡ
phải chịu đi 85.000 tấn chất dẻo. Do vậy, thiên nhiên sẽ trở nên sạch hơn rất
nhiều với một cuộc cách mạng nhỏ trong lĩnh vực hóa học chất dẻo.
2. Hiện trạng sản xuất và sử dụng biopolymer ở Việt Nam
Ở Việt Nam, từ đề tài cấp Nhà nước của Viện Hoá học công nghiệp mang tên
"Công nghệ sản xuất màng polyme tự phân huỷ" (2002-2003), đến nay Viện đã
chế tạo thành công màng polyme tự phân huỷ trên cơ sở tổ hợp polyme Blenld,
polyetylen (LDPE), tinh bột hỗn hợp sắn, ngô cùng một số phụ gia khác. Quá
trình phân huỷ theo thuỷ phân, quang hoá bẻ gãy các liên kết hoá học, vi sinh vật
gặm nhấm tự lên men cắt mạch của màng polyme. Ứng dụng thực tế cho kết quả,
màng polyme đã tự phân huỷ 100% sau 4 tháng sử dụng. Triển vọng thị trường
nội địa là rất lớn, không chỉ những sản phẩm màng polyme tự phân huỷ dùng
CNMT – ĐH Phương Đông 12

Biopolymer & sự phát triển bền vững
trong nông lâm nghiệp và các sản phẩm khác như; túi sách, bao bì giải quyết
tình trạng quá tải rác nhựa nhiệt dẻo không phân huỷ. Phát biểu về thành công
này, một chuyên gia trong nhóm
nghiên cứu đề tài cho rằng: Việt Nam
hoàn toàn có thể ứng dụng rộng rãi
sản xuất màng polyme tự phân huỷ do
điều kiện về nguyên liệu, thiết bị của
nước ta có thể đáp ứng được. Hy vọng
sau những thành công của nhóm
nghiên cứu Viện Hoá học, sản phẩm
polyme tự phân huỷ sẽ nhanh chóng có mặt trên thị trường trong và ngoài nước,
cạnh tranh được với những sản phẩm cùng loại, góp phần giữ môi trường trong
sạch.
IV. Phát triển bền vững:
Ngày nay, con người đã biết nguồn tài nguyên của Trái đất không phải là
vô tận, khả năng đồng hoá chất thải của môi trường Trái đất là có giới hạn nên
con người cần thiết phải sống hài hoà với thiên nhiên, phải tính toán đến lợi ích
chung của cộng đồng, của các thế hệ tương lai và các chi phí môi trường cho sự
phát triển…
Mục tiêu của phát triển là nâng cao điều kiện và chất lượng cuộc sống của
con người, làm cho con người ít phụ thuộc vào thiên nhiên, tạo lập nên cuộc sống
bình đẳng giữa các thành viên.
Khái niệm phát triển bền vững được Uỷ ban Môi trường và Phát triển thế
giới (Uỷ ban Brundtland) nêu ra năm 1987: “Phát triển bền vững là sự phát triển
đáp ứng những nhu cầu của thế hệ hiện tại, nhưng không gây trở ngại phương hại
đến khả năng đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai”. Phát triển bền vững
được hình thành trong sự hoà nhập, xen cài và thoả hiệp nhau của ba hệ thống
tương tác: hệ tự nhiên, hệ kinh tế và hệ xã hội. Sự phát triển lâu dài và ổn định
chỉ có thể đạt được trên sự cân bằng nhất định của ba hệ nói trên.

Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, đời
sống của người dân được cải thiện đáng kể do sự gia tăng của các sản phẩm làm
CNMT – ĐH Phương Đông 13
Biopolymer & sự phát triển bền vững
từ nhựa và chất dẻo. Tại các nước công nghiệp phát triển, mức tiêu thụ bình quân
đầu người là 80-100kg/năm; các nước đang phát triển thấp hơn nhiều: 1-
10kg/năm. Như vậy có thể khẳng định đời sống càng cao thì nhu cầu tiêu thụ
nhựa càng tăng. Các sản phẩm làm ra từ chất dẻo và vật liệu polyme như túi, bao
bì, vải mưa, bát đĩa, xô chậu sở dĩ được tiêu thụ mạnh là vì những tính năng ưu
việt của nó như nhẹ, bền, dễ sử dụng, dễ gia công, dễ chế tạo, giá thành rẻ hơn
nhiều so với làm ra từ vật liệu kim loại, tre, gỗ. Hiện nay ở bất cứ đâu cũng thấy
sự thiện diện của đồ nhựa, từ ở chợ, siêu thị, các cửa hàng và trong từng gia đình,
công sở.
Tiện dụng kinh tế là vậy nhưng nền “văn minh” nhựa đang hàng ngày đẩy
ra môi trường một lượng rác thải khổng lồ từ nhựa chậm và khó phân huỷ. Theo
tổ chức phát triển công nghiệp Liên hợp quốc, lượng phế thải ngày càng tăng lên,
trên toàn thế giới ước tính từ 20 - 30 triệu tấn/năm. Những dạng phế thải từ nhựa
nhiệt dẻo như polyethelene (PE), polypylen (PP), polystyrene (PS), polyviclorua
(PVC), để sản xuất bao bì, túi đựng các loại, đồ dùng bằng nhựa hay các sản
phẩm từ nhựa nhiệt rắn khi bị thải ra sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
Ví dụ như túi nylon khi vứt xuống cống làm tắc cống dẫn tới tăng khả
năng ngập lụt ở các đô thị gây ô nhiễm nguồn nước. Túi nylon trôi ra biển sẽ làm
chết các sinh vật biển do nuốt phải. một số loại túi còn chứa các chất kim loại
nặng (Cd, Pb) khi đựng thức ăn sẽ gây tác hại cho não và phổi. Việc tiêu huỷ
bằng cách đốt sẽ sinh ra chất dioxin rất nguy hiểm cho sức khoẻ con người.
Người ta cho rằng ngày nay, các lọai nhựa, chất dẻo plastic là một trong
những nguồn chính gây ô nhiễm dioxin ra môi trường. Các sản phẩm nhựa có thể
thải ra những chất phụ gia nguy hiểm trong suốt quá trình sử dụng hoặc cho dù
đã biến thành rác, ngay khi chúng được chôn hay bị thiêu. Việc đốt cháy nhựa sẽ
giải phóng nhiều dioxin, và các hợp chất clo ra ngoài không khí. Các thí nghiệm

cho thấy, các chất hoá học này có thể gây ra bệnh ung thư, nhất là ở thận và các
bộ phận sinh dục. Đặc biệt là trẻ em có thể nuốt trực tiếp các hoá chất từ các món
đồ chơi bằng nhựa. Trong nhựa PVC để sản xuất đồ chơi trẻ em có chứa chất độc
DOB. Khi trẻ đùa nghịch cho đồ chơi vào miệng, chất độc này sẽ dễ dàng xâm
nhập vào cơ thể. Các loại đồ chơi bằng nhựa dẻo thường có chất phthalates. Chất
này rất độc hại vì nó sẽ thẩm thấu trong nước, thực phẩm để xâm nhập vào cơ thể
CNMT – ĐH Phương Đông 14
Biopolymer & sự phát triển bền vững
người, nhất là đối với trẻ em. Để sản phẩm đồ chơi có màu sắc sặc sỡ, các nhà
sản xuất còn sử dụng cả màu công nghiệp vốn có thành phầm kim loại nặng rất
cao. Khi bị thôi nhiễm các chất sẽ xâm nhập vào cơ thể gây ung thư.
Nhận thức được tính nguy hiểm của các sản phẩm nhựa đối với môi
trường. Một số công ty trên thế giới đã sản xuất và sử dụng các vật liệu thay thế
có nguồn gốc tự nhiên và có thể dễ dàng phân huỷ không ảnh hưởng tới môi
trường. Như Mater Bi chuyên chế tạo túi xách và dụng cụ ăn uống tự hủy sau vài
lần sử dụng, công ty Vegemat có sản phẩm mốc phát bóng trong môn thể thao
golf và axit polylactic (PLA) giống như chất liệu nylon để chế tạo đĩa DVD, đinh
tự hủy cố định xương dùng trong y tế. Hiện nay, giá thành nhựa sinh học vẫn còn
ở mức rất cao, gấp từ 1,5 đến 5 lần so với các loại nhựa truyền thống, nhưng khả
năng sẽ giảm trong thời gian tới khi bước vào sản xuất theo quy mô lớn.
Biện pháp có tính tình thế và có hiệu quả là từng người hãy hạn chế sử
dụng các sản phẩm nhựa hóa học, thu hồi và tái chế đẻ sử dụng. Đối với các nhà
quản lý cần hoàn thiện hệ thống văn bản pháp luật về quản lý chất thải, ban hành
các quy định về quy trình sản xuất các loại sản phẩm nhựa hoá học.
Bảo vệ môi trường không chỉ làm cho môi trường không bị ô nhiễm mà
còn biết cách giải quyết ô nhiẽm môi trường. Bảo vệ môi trường là bảo vệ chính
chúng ta!
V. Kết luận
Với những ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với các loại vật liệu khác và đặc
biệt là tính chất thân thiện với môi trường, Biopolymer chắc chắn sẽ trở thành vật

liệu chủ yếu được sử dụng trong tương lai. Việc sử dụng loại vật liệu mới như
biopolymer chính là hành động thiết thực nhất góp phần bảo vệ môi trường của
chúng ta và của cả thế hệ tương lai. Một xã hội muốn bền vững phải biết kết hợp
hài hòa giữa phát triển và bảo vệ môi trường.
CNMT – ĐH Phương Đông 15
Biopolymer & sự phát triển bền vững
Tài liệu tham khảo:
1. U.S. Congress, Office of Technology Assessment, Biopolymers:
Making Materials Nature’s Way-Background Paper, OTA-BP-E-102
(Washington, DC: U.S. Government Printing Office, September 1993).
2. Hóa sinh học – Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng – NXB GD, 2006
3. Quy hoạch môi trường phát triển bền vững – Nguyễn Thế Thôn – NXB
KHKT
4. www.accelrys.com
5. SIUC / College of Science / Microbiology / courses / MICR302
URL: />Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Xuân Bắc
2. Nguyễn Văn Lâm
3. Vũ Lê Minh
4. Dương Hồng Phú
CNMT – ĐH Phương Đông 16
Biopolymer & sự phát triển bền vững
MỤC LỤC
Trang
Lời mở đầu 2
I. Giới thiệu chung về biopolymer 3
1. Khái niệm 3
2. Thành phần cấu trúc 3
3. Phân loại 3
4. Tính chất chung 5

5. Kỹ thuật trong lĩnh vực biopolymer 5
II. Một số biopolymer và ứng dụng của chúng 6
1. Polyhydroxyalkanoates (PHAs) 6
2. Xanthan gum 9
3. Polylactic acid 10
III. Hiện trạng sản xuất và sử dụng biopolymer 11
1. Hiện trạng sản xuất và sử dụng biopolymer trên thế giới 11
2. Hiện trạng sản xuất và sử dụng biopolymer ở Việt Nam 12
IV. Phát triển bền vững 13
V. Kết luận 15
Tài liệu tham khảo 16
CNMT – ĐH Phương Đông 17