Nghiên cứu khả năng tự phân hủy của polyme phế thải trong sự có mặt của một số kim loại chuyển tiếp (fe, mn, co)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ THU TRANG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỰ PHÂN HỦY CỦA
POLYME PHẾ THẢI TRONG SỰ CÓ MẶT CỦA
MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP (Fe, Mn, Co)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Hà Nội: 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ THU TRANG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỰ PHÂN HỦY CỦA
POLYME PHẾ THẢI TRONG SỰ CÓ MẶT CỦA
MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP (Fe, Mn, Co)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Chuyên ngành:
Mã số:

Hóa Hữu cơ
60440114

Ngƣời hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Thanh Tùng

Hà Nội: 2016


LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, đề tài đã hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng kính
trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thanh Tùng - Phòng vật liệu Polyme, Viện
Hoá học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giao đề tài và tận
tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn
các thầy cô trong khoa Hoá học – Trƣờng ĐHKHTN- ĐHQG Hà Nội, các anh chị
đang công tác tại phòng vật liệu Polyme – Viện Hoá học, bạn bè, ngƣời thân đã
giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, 12 tháng 12 năm 2015

Phạm Thị Thu Trang


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................3
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................6
1.1. Vấn đề nhựa phế thải đối với môi trƣờng ............................................................6
1.2. Một số biện pháp quản lý nhựa phế thải ............................................................10
1.2.1. Ngăn ngừa và tái sử dụng nhựa phế thải .........................................................10
1.2.2. Tái chế .............................................................................................................12
1.2.3. Thiêu đốt và chôn lấp ......................................................................................14

1.3. Xử lý nhựa phế thải bằng công nghệ oxo - biodegradation ...............................18
1.3.1. Phụ gia xúc tiến oxi hóa và quá trình phân hủy của màng PE chứa phụ gia ..22
1.3.2. Quá trình oxi hóa quang và nhiệt ....................................................................23
1.3.3. Quá trình phân hủy sinh học của PE sau phân hủy giảm cấp .........................28
1.4. Ứng dụng của việc tái chế nhựa phế thải thành các sản phẩm tự phân hủy ......34
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ...............................................................................37
2.1. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................37
2.1.1. Hóa chất ..........................................................................................................37
2.1.2. Thiết bị ............................................................................................................37
2.2. Các phƣơng pháp tạo mẫu ..................................................................................37
2.2.1. Phƣơng pháp tạo mẫu dạng tấm ......................................................................37
2.2.2. Phƣơng pháp tạo mẫu dạng màng ...................................................................38
2.3. Các phƣơng pháp phân tích đánh giá .................................................................38
2.3.1. Xác định tính chất cơ lý ..................................................................................38
2.3.2. Phổ hồng ngoại (FTIR) ...................................................................................39
2.3.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .....................................................................39
2.3.4. Xác định chỉ số Cacbonyl (CI) ........................................................................39
2.3.5. Nghiên cứu quá trình phân hủy oxi hóa quang nhiệt ẩm ................................39
2.3.6. Nghiên cứu quá trình phân hủy trong môi trƣờng tự nhiên ............................40
2.4. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................40


2.4.1. Nghiên cứu chế tạo màng polime tự hủy trên cơ sở nhựa PE phế thải và phụ
gia xúc tiến oxi hóa ...................................................................................................40
2.4.2. Nghiên cứu quá trình phân hủy của màng polime tự phân hủy trong môi
trƣờng ........................................................................................................................41
2.4.3. Ứng dụng của bầu ƣơm cây tự hủy cho một số loài cây .................................42
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................43
3.1. Nghiên cứu chế tạo màng polime tự hủy trên cơ sở nhựa PE phế thải và phụ gia
xúc tiến oxi hóa .........................................................................................................43

3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn thành phần nhựa nền .....................................................43
3.1.2. Nghiên cứu lựa chọn hàm lƣợng tinh bột .......................................................44
3.1.3. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia xúc tiến oxi hóa................................................46
3.1.4. Nghiên cứu lựa chọn hàm lƣợng phụ gia xúc tiến oxi hóa .............................50
3.1.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ tổ hợp phụ gia coban stearat/ sắt stearat đến tính chất vật
liệu .............................................................................................................................54
3.2. Nghiên cứu quá trình phân hủy trong môi trƣờng của mẫu vật liệu ..................57
3.2.1. Nghiên cứu quá trình lão hóa tự nhiên ............................................................57
3.2.2. Nghiên cứu khả năng phân hủy sinh học của vật liệu .....................................60
3.3. Ứng dụng của bầu ƣơm cây tự hủy cho một số loài cây ....................................62
3.3.1. Giai đoạn ƣơm cây ..........................................................................................63
3.3.2. Giai đoạn trồng thực tế ....................................................................................65
KẾT LUẬN ...............................................................................................................69


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
CI
CS
CSMA
DDT
EAC
ELV
EPA
EU
FTIR
HDPE
KLPT
LDPE
LLDPE

PLA
PHSH
POPs
PP
PS
PTN
PUR
PVA
PVC
rPE
SEM
TB
UV
WEEE

Giải thích
Chỉ số cacbonyl
Coban stearat
Copolyme coban maleat – styren
Thuốc trừ sâu
Cộng đồng Đông Phi
Chất thải từ các phƣơng tiện vận tải hết hạn sử dụng
Cục Bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ
Liên minh Châu Âu
Phổ hồng ngoại
Polietilen tỷ trọng cao
Khối lƣợng phân tử
Polietilen tỷ trọng thấp
Polietilen tỷ trọng thấp mạch thẳng
Poli(lactic axit)

Phân hủy sinh học
Chất hữu cơ bền gây ô nhiễm
Polipropylen
Polistyren
Phòng thí nghiệm
Poliurethane
Polivinyl ancol
Polivinylclorua
Polietilen phế thải
Kính hiển vi điện tử quét
Tinh bột
Ultraviolet
Nhựa phế thải từ thiết bị điện, điện tử

1


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sản lƣợng chất dẻo toàn thế giới từ 1978 đến 2050 (triệu tấn) ..................6
Hình 1.2. Phân bố sản lƣợng nhựa toàn thế giới ........................................................7
Hình 1.3. Biểu đồ phân loại chất dẻo .........................................................................8
Hình 1.4. Nhu cầu sử dụng nhựa theo các lĩnh vực trong khối EU-27, Na Uy và
Thuỵ Sĩ năm 2008 [8] ...............................................................................................10
Hình 1.5. Các biện pháp xử lý nhựa phế thải ở Châu Âu giai đoạn 2006-2010 ......16
Hình 1.6. Cơ chế phân huỷ quang hoá PE ................................................................20
Hình 1.7. Phân huỷ oxi hoá theo cơ chế Norrish......................................................21
Hình 1.8. Quá trình phân hủy của PE xúc tác bởi kim loại chuyển tiếp [26]...........24
Hình 1.9. Cơ chế phân hủy sinh học của PE sau khi phân hủy oxi hóa [26] ...........30
Hình 2.1. Mẫu vật liệu đo tính chất cơ lý .................................................................38
Hình 3.1. Ảnh SEM hình thái học bề mặt của các tổ hợp nhựa nền ........................44

Hình 3.2. Ảnh SEM của các mẫu nhựa chứa tinh bột ..............................................46
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của loại phụ gia xúc tiến đến độ dãn dài khi đứt của các mẫu
vật liệu .......................................................................................................................47
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của phụ gia xúc tiến đến chỉ số cacbonyl của các mẫu vật liệu
...................................................................................................................................48
Hình 3.5. Phổ IR của mẫu PE-Fe ban đầu ................................................................49
Hình 3.6. Phổ IR của mẫu PE-Fe sau 288 giờ oxi hóa quang nhiệt ẩm ...................49
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của thời gian thử nghiệm mẫu đến độ dãn dài khi đứt của mẫu
vật liệu .......................................................................................................................51
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của thời gian oxi hóa quang đến chỉ số CI của các mẫu .......52
Hình 3.9. Ảnh SEM của các mẫu vật liệu sau 288 giờ oxi hóa quang nhiệt ẩm ......53
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của tỷ lệ phụ gia xúc tiến oxi hóa đến độ dãn dài khi đứt của
vật liệu .......................................................................................................................55
Hình 3.11. Ảnh SEM của các mẫu vâ ̣t liê ̣u ban đầu và sau 288 giờ oxi hóa quang
nhiệt ẩm .....................................................................................................................56
Hình 3.12. Độ dãn dài khi đứt của các mẫu vật liệu ................................................58
Hình 3.13. Chỉ số cacbonyl của các mẫu màng........................................................59
Hình 3.14. Ảnh SEM của mẫu CT1, CT2 ban đầu và sau 6 tháng thử nghiệm ......60
Hình 3.15. Ảnh SEM các mẫu sau 6 tháng ngâm trong nƣớc ..................................61
Hình 3.16. Ảnh SEM các mẫu sau 6 tháng chôn trong đất ......................................62
Hình 3.17. Mảnh bầu ƣơm thu gom sau 2 tháng trồng thực tế.................................67
Hình 3.18. Mảnh bầu ƣơm thu gom sau 3 tháng trồng thực tế.................................68

2


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tỷ lệ xử lý nhựa phế thải sau sử dụng theo lĩnh vực ở 27 nƣớc EU, Na
Uy và Thụy Sỹ năm 2008 [5] ....................................................................................17
Bảng 1.2. Tổng quan các nghiên cứu quá trình phân hủy sinh học bằng các chủng vi

khuẩn xác định và các tập đoàn vi khuẩn phức tạp ...................................................31
Bảng 3.1. Tính chất cơ lý của tổ hợp nhựa nền ........................................................43
Bảng 3.2. Tính chất cơ lý của các tổ hợp nhựa chứa tinh bột ..................................45
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của phụ gia đến độ bền kéo của các mẫu vật liệu .................47
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng phụ gia đến độ bền kéo đứt của các mẫu .....50
Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ Co(II) stearat/Fe(III) stearat đến độ bền kéo đứt của
vật liệu .......................................................................................................................54
Bảng 3.6. Độ bền kéo đứt của các mẫu màng (MPa) ...............................................57
Bảng 3.7. Tổn thất khối lƣợng của các mẫu khi ngâm trong nƣớc (%) ...................60
Bảng 3.8. Tổn thất khối lƣợng của các mẫu khi chôn trong đất (%) ........................61
Bảng 3.9. Tốc độ sinh trƣởng chiều cao của cây thông ............................................63
Bảng 3.10. Tốc độ sinh trƣởng chiều cao của cây bạch đàn ....................................63
Bảng 3.11. Tốc độ sinh trƣởng chiều cao của cây keo .............................................64
Bảng 3.12. Quá trình phân hủy của bầu ƣơm ...........................................................64
Bảng 3.13. Tỉ lệ sống của cây thông .........................................................................65
Bảng 3.14. Tỉ lệ sống của cây keo ............................................................................65
Bảng 3.15. Tỉ lệ sống của cây bạch đàn ...................................................................66
Bảng 3.16. Sự phát triển của các loại cây sau 30 ngày.............................................66
Bảng 3.17. Sự phát triển của các loại cây sau 90 ngày.............................................67
Bảng 3.18. Diễn biến quá trình phân hủy sinh học của bầu ƣơm .............................68

3


MỞ ĐẦU
Nhựa tổng hợp đã trở thành một loại vật liệu quan trọng từ những năm 40
của thế kỷ trƣớc và sau này vật liệu nhựa đã dần thay thế các vật liệu truyền thống
trong nhiều ứng dụng nhƣ thủy tinh, gỗ, vật liệu xây dựng và thay thế cả kim loại
trong các ứng dụng môi trƣờng, thƣơng mại, công nghiệp và dân dụng. Các ứng
dụng của nhựa trong đời sống không ngừng lan rộng do những tính năng ƣu việt của

chúng nhƣ bền, nhẹ, chịu nƣớc và ổn định trong môi trƣờng. Nhựa tổng hợp nói
chung và các poliolefin nói riêng là các vật liệu rất khó phân hủy trong môi trƣờng.
Các phụ gia ổn định cho polyme trong quá trình gia công và sử dụng đã làm giảm
mạnh tốc độ của quá trình phân hủy. Ngoài ra, mức độ phân nhánh cao của các mắt
xích trên mạch ngăn cản quá trình phân hủy bởi vi sinh vật. Một yếu tố nữa khiến
quá trình phân hủy sinh học chậm trễ của chất dẻo là sự hạn chế về khả năng hòa
tan trong nƣớc của nó. Kích thƣớc của đại phân tử polyme là rất lớn, nên các vi sinh
vật không thể chuyển trực tiếp nó vào trong các tế bào.
Ngày nay, môi trƣờng đang phải chịu nhiều áp lực về rác thải rắn không
phân hủy, trong đó các loại bao bì sản xuất từ nhựa (PE, PP...) chiếm một tỷ trọng
đáng kể. Trong điều kiện tự nhiên, các loại nhựa này không phân hủy hoặc phân
hủy rất chậm, thời gian phân hủy có thể diễn ra hàng trăm năm. Mặt khác, vai trò
của vật liệu này đối với đời sống sản xuất và sinh hoạt là rất lớn, khó có thể thay
thế. Do vậy, để hạn chế tác động của nhựa phế thải đến môi trƣờng đã có một số
biện pháp đƣợc đƣa ra nhƣ thay thế một phầnbằng nguồn nguyên liệu có khả năng
tái tạo, tái sử dụng hoặc đƣa thêm một số phụ gia vào công thức chế tạo với vai trò
xúc tiến quá trình phân hủy.
Hơn nữa, các sản phẩm đi từ nhựa phế thải và các phụ gia có nhiều ứng dụng
trong nông, lâm nghiệp nhƣ làm màng phủ bồi, màng phủ nhà lƣới, bầu ƣơm
cây...Với mong muốn góp phần giải quyết những bức xúc do thực tế đặt ra, chúng
tôi quyết định chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả năng tự phân hủy của
polyme phế thải trong sự có mặt của một số kim loại chuyển tiếp (Fe, Mn, Co)”.
* Nhiệm vụ cụ thể của luận văn đặt ra:

4


- Nghiên cứu chế tạo màng polime tự hủy trên cơ sở nhựa PE phế thải và phụ
gia xúc tiến oxi hóa
- Nghiên cứu quá trình phân hủy của màng polime tự hủy trong môi trƣờng

- Ứng dụng của bầu ƣơm cây tự hủy cho một số loài cây

5


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vấn đề nhựa phế thải đối với môi trƣờng
Chất dẻo đóng vai trò quan trọng gần nhƣ không thể thiếu đƣợc trong thế
giới hiện đại. Chúng đƣợc phát hiện và đƣợc xem là những vật liệu đặc biệt đa
dạng, có nhiều ứng dụng hữu ích cho đời sống con ngƣời từ những năm 50 của thế
kỷ 20. Ngành công nghiệp chất dẻo phát triển song song với nhu cầu tiêu thụ không
ngừng tăng theo dân số cũng nhƣ những ý tƣởng công nghệ mới tạo ra vật liệu có
hiệu quả sử dụng tối đa. Sản lƣợng chất dẻo toàn thế giới tăng từ 1,5 triệu tấn năm
1950 lên 245 triệu tấn năm 2008, tốc độ tăng bình quân 3,5%/năm. Chỉ tính riêng
năm 2011, sản xuất chất dẻo toàn cầu tăng 3,7% [1].
Nhƣ hầu hết các loại vật liệu, sản lƣợng chất dẻo trên thế giới ƣớc tính đã
giảm từ 245 triệu tấn năm 2008 xuống còn khoảng 230 triệu tấn trong năm 2009 do
nguyên nhân khủng hoảng kinh tế. Tuy nhiên trong vòng 50 năm qua, đã có sự tăng
trƣởng rất đáng kể trong sản xuất chất dẻo, đặc biệt là châu Á. Sản lƣợng của EU
chiếm khoảng 25% (trong đó Đức chiếm 8%) và riêng Trung Quốc chiếm 15% sản
lƣợng chất dẻo toàn thế giới.
Hình 1.1 biểu diễn sản lƣợng nhựa trên toàn thế giới từ năm 1978 đến 2050.
Sản lƣợng nhựa trên thế giới không ngừng gia tăng từ năm 1978 đến năm 2010, đặc
biệt tốc độ phát triển mạnh nhất là trong giai đoạn 2002-2010. Dự kiến đến năm
2050 tổng sản lƣợng chất dẻo trên toàn thế giới có thể đạt 400 triệu tấn.

Hình 1.1. Sản lƣợng chất dẻo toàn thế giới từ 1978 đến 2050 (triệu tấn)

6

(Bao gồm nhựa nhiệt dẻo, nhiệt rắn, elastome, keo dán, sơn và lớp phủ, matit
và sợi PP; không bao gồm PET, PA và sợi poliacryl)
Tây Ban Nha
2%

Italia Anh
2% 2%
Pháp
3%

Đức
8%
Các nƣớc còn lại
của Châu Á
17%

Belarus
4%
Các nƣớc khác
EU-27+N+CH
5%
CIS
3%

Trung Quốc
15%
Bắc Phi
8%

NAFTA
23%

Nhật Bản
7%
Mỹ Latinh
4%

Hình 1.2. Phân bố sản lƣợng nhựa toàn thế giới
Năm 2011, 47 triệu tấn chất dẻo đƣợc sử dụng ở EU-27, Norway và
Switzerland. 18,5 triệu tấn hay 39% trong số đó đƣợc sử dụng làm vật liệu bao bì,
21% làm vật liệu xây dựng, 8% sử dụng trong ngành công nghiệp xe hơi và 5% sử
dụng trong công nghiệp điện và điện tử. Trong 47 triệu tấn chất dẻo thì 13,6 triệu
tấn (29%) là PE, 19% là PP và 11% là PVC. PS, PET, poliurethane (PUR) cũng
đƣợc sử dụng rộng rãi. Tỷ lệ chất dẻo sinh học ƣớc tính chiếm khoảng 0,1 đến 0,2%
(khoảng 0,1 triệu tấn) mỗi năm [2]. Phát sinh nhựa thải ở EU-27, Norway và
Switzerland năm 2008 là 24,9 triệu tấn. Riêng bao bì phế thải chiếm 62% (15,3 triệu
tấn) [3]. Do đó tỷ lệ bao bì trong nhựa phế thải cao hơn đáng kể so với nhu cầu sử
dụng nhựa. Điều này có thể do hai nguyên nhân:
- Thời gian sử dụng bao bì thƣờng ngắn hơn so với các ứng dụng khác.
Trong khi vật liệu bao bì thƣờng trở thành phế thải chỉ trong vòng 1 năm hoặc ngắn
hơn, thì nhựa đƣợc sử dụng trong lĩnh vực khác ví dụ trong công nghiệp xe hơi
thƣờng kéo dài từ 10 đến 20 năm.
- Hệ thống thu gom riêng và các số liệu thống kê đối với phế thải bao bì chất
dẻo hoàn chỉnh, đầy đủ hơn những loại nhựa thải khác.

7


Hình 1.3. Biểu đồ phân loại chất dẻo

Có sự khác biệt lớn về phát thải bao bì chất dẻo bình quân theo đầu ngƣời ở
các nƣớc EU. Trong năm 2010, dao động từ 11kg/ngƣời (ở Bulgaria) và 44kg/ngƣời
(ở Luxembourg). Dân số thế giới đang bùng nổ và ƣớc đạt 9 tỷ ngƣời vào năm
2050, là bằng chứng xác thực cho thấy sự tăng trƣởng của thị trƣờng chất dẻo sẽ
không dừng lại trong tƣơng lai [4,5].
Để phát huy tính năng, chất dẻo truyền thống chứa một lƣợng lớn, đôi khi là
một tỉ lệ lớn các phụ gia hóa học có thể gây rối loạn nội tiết, ung thƣ, hoặc các tác
động độc hại khác. Những phụ gia này, về nguyên tắc, có thể di chuyển vào môi
trƣờng mặc dù với lƣợng rất nhỏ [6]. Mặc dù đã rất nỗ lực để loại bỏ các chất độc
hại trong sản xuất nhựa nhƣng các chất chống cháy dẫn xuất brom hay các chất hóa
dẻo phtalat vẫn đƣợc sử dụng bởi không dễ dàng thay thế chúng bằng các chất ít
nguy hiểm hơn.
Bởi độ bền đáng kể của sản phẩm nhựa mà một số lƣợng đáng kể các chất
thải nhựa tích tụ trong các bãi chôn lấp và môi trƣờng sống tự nhiên trên toàn thế
giới, ví dụ nhƣ rác trên biển. Hầu hết rác thải nhựa trên biển đều có nguồn gốc từ
đất liền do dòng chảy nƣớc mƣa, cống tràn, rác thải du lịch, đổ thải bất hợp pháp,
các hoạt động công nghiệp, vận chuyển trái phép, các sản phẩm mỹ phẩm của ngƣời
tiêu dùng, sợi polieste hay axylic từ quần áo. Tổng lƣợng chất thải ở Đại Tây

8


Dƣơng và Thái Bình Dƣơng ƣớc tính 100 nghìn tấn, khoảng 80% là chất dẻo. Các
chất gây ô nhiễm hữu cơ bền (POPs), nhƣ thuốc trừ sâu DDT và polichlorinated
biphenyls (PCBs) có thể kết hợp với nhau từ môi trƣờng nƣớc xung quanh lên các
mảnh nhựa (micro plastics). Chúng có thể thâm nhập vào chuỗi thức ăn thông qua
các động vật biển và tích tụ trong ngƣời tiêu dùng thực phẩm cuối cùng [6].
Thực tế ở một số nơi, đặc biệt là ở miền Nam và miền Đông châu Âu, một số
lƣợng đáng kể các chất thải vẫn chất đống trên các bãi rác bất hợp pháp, không tuân
thủ quy định của EU. Ví dụ, ở Cyprus, 6 bãi rác bất hợp pháp vẫn đƣợc duy trì sử

dụng đến năm 2015 [7].
Nhựa nhiệt dẻo là loại polime tổng hợp đƣợc sản xuất nhiều nhất, chiếm 65%
sản lƣợng chất dẻo toàn thế giới. Chúng đƣợc thải ra môi trƣờng do sự vô ý thức
của con ngƣời dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng toàn cầu, làm giảm diện tích chôn lấp
đối với nhựa phế thải và làm chậm quá trình phân huỷ của rác từ chất dẻo trong môi
trƣờng. Theo số liệu của Cục Bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (EPA), khoảng 250 triệu
tấn chất thải rắn đƣợc thải ra ở Mỹ năm 2008. Trong đó chất dẻo chiếm 12%
(khoảng 30 triệu tấn). Nếu phân loại theo loại sản phẩm thải thì vật liệu túi, bao bì
chiếm tỷ lệ lớn nhất 31% (khoảng 77 triệu tấn). Các poliolefin nhƣ polietilen (PE),
polipropilen (PP) là những vật liệu bao bì quan trọng do chúng có những tính chất
kết hợp nhƣ độ mềm dẻo, tính chất che chắn tốt và trơ với các tác động bên ngoài
nhƣ nhiệt, bức xạ, hoá chất và vi sinh vật nhƣng vấn đề môi trƣờng cũng là thách
thức khi đẩy mạnh sử dụng loại nhựa này bởi chúng không dễ dàng phân huỷ.
Trong môi trƣờng tự nhiên quá trình phân huỷ có thể tính bằng đơn vị thế kỷ [8,9].
Polietilen có tỷ lệ sản lƣợng cao nhất trong các loại polime, trong đó bốn lĩnh vực
chiếm tới 72% nhu cầu sử dụng nhựa là: bao bì, xây dựng, công nghiệp xe hơi và
thiết bị điện và điện tử. Còn lại là các lĩnh vực nhƣ đồ gia dụng, nội thất, nông
nghiệp và thiết bị y tế. Vấn đề môi trƣờng liên quan đến việc quá lệ thuộc vào bao
bì polietilen đã khiến cộng đồng các nƣớc trên thế giới lo ngại. Biện pháp để đối
phó với vấn đề này là phải biến các chất dẻo thành các sản phẩm dễ phân huỷ,

9


chuyển hoá thành các sản phẩm phụ không độc hại và không gây ô nhiễm môi
trƣờng.

Hình 1.4. Nhu cầu sử dụng nhựa theo các lĩnh vực trong khối EU-27,Na Uy và
Thuỵ Sĩ năm 2008 [8]
1.2. Một số biện pháp quản lý nhựa phế thải

Nhiều kỹ thuật và phƣơng pháp đƣợc phát triển để giảm thiểu những tác
động tiêu cực của nhựa và chất thải nhựa đến môi trƣờng và tăng hiệu quả sử dụng
nhựa. Theo hệ thống phân loại chất thải khung EU (2008/98/EC), các kỹ thuật này
có thể đƣợc phân loại nhƣ sau:
- Các biện pháp ngăn ngừa
- Các biện pháp tái sử dụng
- Tái chế vật liệu nhựa
- Thiêu đốt có sử dụng năng lƣợng
- Tàng trữ trong các bãi chôn lấp phù hợp
1.2.1. Ngăn ngừa và tái sử dụng nhựa phế thải
Một nền kinh tế hiệu quả về tài nguyên là một nền kinh tế đáp ứng các nhu
cầu ở mức tác đông đến môi trƣờng thấp và tiêu thụ nguồn tài nguyên thiên nhiên
thấp. Để tạo ra một nền kinh tế hiệu quả về tài nguyên câu hỏi đầu tiên là những
nhu cầu nào chúng ta thƣờng muốn đáp ứng và nhiệm vụ tiếp theo là tìm các
phƣơng án bổ sung để:
- Đáp ứng nhu cầu bằng các dịch vụ không sử dụng hoặc tiêu hao sản phẩm

10


- Giới thiệu các sản phẩm thân thiện sinh thái
- Tối ƣu hóa quy trình sản xuất
- Giảm thiểu tác động môi trƣờng của việc khai thác và vận chuyển nguyên
liệu sơ cấp
Trên quan điểm ngăn ngừa chất thải, thân thiện sinh thái có nghĩa là:
- Chứa ít hoặc không chứa các chất độc hại
- Sử dụng các vật liệu có thể tái chế sau khi sử dụng
- Dễ duy trì và sửa chữa
- Bền lâu
- Dễ dàng thích nghi với sự thay đổi nhu cầu

- Có thể tái sử dụng
Nhiều nƣớc châu Phi nhƣ Botswana, Kenya, Tanzania, Nam Phi, Rwanda,
Maroc, Ghana, Congo, Gabon và Togo đã cấm sử dụng các bao bì không có khả
năng phân huỷ sinh học. Thị trƣờng bao bì ƣớc tính 4 tỷ euro tại châu Phi và những
công ty đƣa ra các sản phẩm thay thế đang cạnh tranh quyết liệt.
Tại châu Phi, việc cấm sử dụng các loại bao bì không có khả năng phân huỷ
sinh học đang trở thành một làn sóng mạnh mẽ. Từ giữa năm 2011, tại Kigali, thủ
đô Rwanda, Cộng đồng Đông Phi (EAC) đã thông báo sẽ đƣa ra một đạo luật cấm
sử dụng túi nhựa tại 5 nƣớc thành viên. Nhƣ vậy, Cộng đồng này đang tấn công vào
một thị trƣờng có mức lợi nhuận ƣớc tính 4 tỷ euro/năm tại châu Phi.
Hai sản phẩm công nghệ thay thế (nhìn chung đều có chứa các thuộc tính của
những bao bì hiện nay) đang gây nhiều tranh cãi. Giải pháp công nghệ đầu tiên sử
dụng toàn bộ hoặc một phần các nguyên liệu thực vật từ tinh bột ngô hoặc khoai tây
để làm túi ni lông. Chỉ có điều giá của nó cao hơn 30% so với một túi ni lông cổ
điển và tạo ra sức ép đối với các cây lƣơng thực khi phải trồng trên quy diện rộng.
Chẳng hạn, để sản xuất 200.000 tấn "nhựa sinh học" này, cần phải mất từ 250.000
đến 300.000 tấn nguyên liệu thực vật.
Công nghệ thứ hai mang tên "phân huỷ sinh học oxo" có vẻ chiếm ƣu thế
hơn tại châu Phi. Các công ty P-Life của Nhật, EPI của Mỹ hoặc Symphony Plastics

11


của Anh đang chạy đua để giành lấy thị trƣờng này. Giải pháp họ đƣa ra là cho thêm
một chất phụ gia hoá học chiếm tỷ lệ 1% bao bì bằng nhựa cho phép phá vỡ chuỗi
phân tử sau 1-3 năm. Kết quả: túi nilông vứt ra tự nhiên sẽ tự phân huỷ. Nó có thể
hoàn toàn đƣợc các vi sinh học hấp thụ vào trong đất hoặc nƣớc. Thị trƣờng tiềm
năng cho chất liệu này tại châu Phi ƣớc tính trên 330 triệu euro mỗi năm.
Tại Maroc, nơi tiêu thụ 3 tỷ túi ni lông/năm, công ty Symphony Plastics đã
giành đƣợc một thị phần mỗi năm 1 tỷ euro. Từ 1 năm nay, tập đoàn Label’Vie sở

hữu thƣơng quyền của tập đoàn siêu thị Carrefour (Pháp) tại Maroc đã mua lại công
nghệ "phân huỷ sinh học oxo" để sản xuất túi ni lông. Chi phí sản xuất tăng thêm tối
đa từ 10 đến 15%. Theo các chuyên gia, rất khó thay thế một vật liệu bền, kín và
không nguy hiểm cho sức khoẻ nhƣ nhựa.
1.2.2. Tái chế
Tỷ lệ tái chế của tổng lƣợng chất thải nhựa ở EU ƣớc tính khoảng 25% [11].
Việc tái chế chất thải bao bì nhựa tăng và đạt tốc độ 33% vào năm 2010.
Từ khoảng 18,5 triệu tấn vật liệu bao bì đƣợc đƣa ra thị trƣờng các quốc gia
này mỗi năm, khoảng 5,1 triệu tấn đƣợc tái chế. Tuy nhiên chỉ một phần trong số đó
đƣợc sử dụng để tạo ra các vật liệu bao bì mới. Một phần khác đƣợc sử dụng cho
những ứng dụng có phẩm cấp thấp hơn và phải đƣợc xem xét khi tiếp tục đƣợc tái
chế.
Một số yếu tố hạn chế kĩ thuật và tiềm năng kinh tế của việc tái chế nhựa là:
- Không phải tất cả các sản phẩm nhựa đƣợc lƣu hành trên thị trƣờng EU đều
ở đó. Ví dụ các xe cũ hoặc các thiết bị điện có các bộ phận bằng chất dẻo đƣợc xuất
khẩu để sử dụng thêm ở các nƣớc khác. Năm 2008, khoảng 60% số xe hết hạn đăng
kiểm ở Úc và Đan Mạch không đƣợc nhập vào hệ thống quản lý chất thải mà đã
đƣợc đƣa ra nƣớc ngoài. Ở Thụy Điển, con số này lên đến 84% [12].
- Một số loại nhựa (nhƣ PUR) phải sử dụng các quá trình hóa học để tái chế
ở mức cao hơn. Tuy nhiên, với mức độ đầu tƣ và tiêu thụ năng lƣợng nhƣ vậy chỉ có
các nhà máy quy mô rất lớn mới mong đợi có thể làm đƣợc.

12


- Nhiều ngƣời sử dụng các sản phẩm mới tiềm năng miễn cƣỡng mua các sản
phẩm chứa vật liệu tái chế. Ví dụ các vật liệu xây dựng cho các công trình công
cộng.
- Chất lƣợng tái chế tốt nhất có thể đạt đƣợc với các vật liệu nhựa đồng thể.
Vì vậy, nhựa cần đƣợc tách không chỉ từ các vật liệu khác nhau mà còn từ các loại

nhựa khác nhau cần đƣợc phân chia riêng rẽ.
- Chất lƣợng của vật liệu tái chế càng thấp thì tỷ lệ vật liệu tái chế có thể sử
dụng trong sản phẩm mới càng thấp.
Để giải quyết những hạn chế ở trên, nhiều phƣơng pháp đã đƣợc đề xuất.
Một số phƣơng pháp nổi bật là:
- Một quy định đƣợc đƣa ra cho phép xuất khẩu các sản phẩm đã qua sử
dụng chỉ khi các tiêu chuẩn quản lý chất thải ở nƣớc nhập khẩu đáp ứng tiêu chuẩn
EU.
- Tiêu chuẩn chất lƣợng nghiêm ngặt cho các vật liệu tái chế đƣợc đƣa ra
đƣợc kiểm soát bởi giấy chứng nhận của bên thứ ba. Điều này đƣợc kết hợp với
nghĩa vụ của công chúng phải mua các sản phẩm chứa một tỷ lệ nhất định vật liệu
tái chế.
- Mở rộng hệ thống trách nhiệm của nhà sản xuất đƣợc đƣa ra để thu hồi các
sản phẩm nhựa và do đó cho phép tách riêng chất thải nhựa khỏi chất thải khác.
- Các hệ thống đặt cọc – hoàn trả để đƣa ra ƣu đãi cho những ngƣời tiêu dùng
chuyển lại các sản phẩm hoặc vật liệu nhựa có khả năng tái sử dụng. Hiệu quả của
một hệ thống nhƣ vậy có thể xuất phát từ thực tế là tỷ lệ tái chế các lon nhôm tại
Estonia (đặc trƣng cho hệ thống đặt cọc – hoàn trả) đạt 59%, trong khi ở nƣớc
Latvia (đặc trƣng cho hệ thống thu gom tại vỉa hè) chỉ đạt 30% [13].
Nhƣ vậy có thể kết luận rằng tiềm năng kinh tế về tỉ lệ tái chế chất thải nhựa
cao hơn nhiều so với 33% đã đạt đƣợc.
Ngành công nghiệp tái chế nhựa châu Âu gồm khoảng 1000 công ty, cung
cấp việc làm cho khoảng 30.000 nhân viên và có khả năng xử lý khoảng 3 triệu tấn

13


mỗi năm [11]. Kruschitz là một nhà máy tái chế điển hình nằm ở miền Nam nƣớc
Áo. Nó gồm:
- Từ năm 1999, một nhà máy chai nhựa PET cho thực phẩm đã đƣợc phê

duyệt đƣợc tái chế ở dạng viên với công suất xử lý 12000 tấn/năm
- Từ năm 2002, một nhà máy sản xuất các tấm PET từ các chai nhựa PET đã
tái chế với công xuất xử lý 4000 tấn/năm
- Một nhà máy để sản xuất các vật liệu nhựa thô chất lƣợng cao từ các vật
liệu có thể tái chế phù hợp với yêu cầu của các khách hàng khác nhau với công suất
18000 tấn/năm [14].
1.2.3. Thiêu đốt và chôn lấp
Nguồn nhựa phế thải là tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng và có nguy cơ ảnh
hƣởng trầm trọng đến sức khỏe con ngƣời. Vì vậy các phƣơng pháp xử lý nguồn ô
nhiễm này là mối quan tâm sâu sắc của nhiều quốc gia. Tính đến năm 1986 thì
phƣơng pháp quản lý nguồn chất thải này chủ yếu vẫn là chôn lấp (80%), 10% đƣợc
xử lý bằng cách đem đốt và 10% còn lại đƣợc tái chế [15]. Từ đó thấy rằng mặc dù
giải pháp tái chế để giảm nguồn chất thải này là rất đáng khuyến khích thế nhƣng nó
vẫn chƣa đóng vai trò là giải pháp xử lý chính do còn nhiều khó khăn, đặc biệt là
kinh phí. Vì thế hai biện pháp là chôn lấp và đốt vẫn đƣợc tiến hành rộng rãi. Tuy
nhiên hiệu quả xử của các biện pháp này có tính ƣu việt khá khiêm tốn. Trƣớc hết
nó làm giảm diện tích đất đai, làm giảm tính chất đất, nhất là dung tích hấp thụ.
Nhựa đem chôn lấp có thời gian phân hủy rất chậm, những số liệu thống kê gần đây
cho thấy các chất thải đƣợc coi là có khả năng tự phân hủy cũng có tốc độ khá
chậm, ví dụ nhƣ giấy. Những phân tích đƣợc tiến hành trên đất tại các khu vực chôn
lấp nhựa phế thải cho thấy có xuất hiện các loại hóa chất đƣợc sử dụng để hóa dẻo
nhƣ di(2-etylhexyl) phtalat.
Xử lý bằng phƣơng pháp đốt là cách thức phổ biển thứ hai sau biện pháp
chôn lấp. Đốt rác thải nói chung và phế thải nhựa nói riêng không cần đầu tƣ nhiều
về vốn cũng nhƣ về thiết bị, là biện pháp dễ làm. Tuy nhiên cùng với đó là vấn đề ô
nhiễm phát sinh. Trong quá trình đốt nhiều loại khí thải có hại thoát ra, trong đó

14

đáng nói đầu tiên là khí HCl khi đốt nhựa PVC hoặc một số polime clo hóa khác.
Bên cạnh đó là phát thải dioxin, một loại khí rất độc hại và có khả năng gây ung thƣ
[16].
Trƣớc tình hình đó, nhiều nghiên cứu tái chế nhựa nhằm giảm thiểu ô nhiễm
từ phế thải này đã đƣợc tiến hành nhƣ biến tính sản phẩm nhằm giảm lƣợng nhựa sử
dụng, thay thế các thành phần độc hại trong sản phẩm nhựa, thu gom phế thải nhựa
và tái sản xuất…Theo ƣớc tính tới năm 1990 thì chỉ có khoảng 1% lƣợng phế thải
nhựa đƣợc tái sinh. Một số công nghệ tái chế sử dụng nguyên liệu nhựa đầu vào
tƣơng đối đồng nhất và có khả năng cạnh tranh tốt với các sản phẩm từ nhựa
nguyên sinh. Công nghệ này hứa hẹn sẽ đem lại nhiều tiềm năng trong việc xử lý
chất thải. Một số công nghệ tái chế khác có đầu vào là hỗn hợp có tiềm năng và lợi
thế lớn về lƣợng nguyên liệu nhƣng tính cạnh tranh so với sản phẩm từ nhựa
nguyên sinh là không cao. Tại Phần Lan, lƣợng nhựa tiêu thụ năm 2002 vào khoảng
475.000 tấn và lƣợng nhựa phế thải là 217.000 tấn. Trong đó phần đƣợc tái sinh
chiếm 9,7% và phần thu hồi để chuyển thành năng lƣợng chiếm 21% [17]. Tại nƣớc
này thì phần lớn phế thải nhựa đƣợc thu hồi và chuyển thành năng lƣợng. Tại Phần
Lan thì quá trình đốt nhựa đƣợc tận dụng để cung cấp nhiệt cho ngành nhiệt điện và
nhiên liệu sử dụng để đốt thƣờng là gỗ phế liệu hoặc than bùn. Trong quá trình sàng
lọc nguyên liệu đầu vào để tiến hành đốt, các loại nhựa PVC và nhựa đƣợc clo hóa
đƣợc loại bỏ nhằm tránh tình trạng ô nhiễm HCl và dioxin.
Vấn đề xử lý nhựa phế thải sau khi sử dụng đã và đang thu hút đƣợc nhiều
quan tâm của các nƣớc trên thế giới. Hình 1.5 là biểu đồ mô tả tình hình xử lý nhựa
phế thải của các nƣớc thuộc khối liên minh châu Âu giai đoạn 2006-2010.

15


Hình 1.5. Các biện pháp xử lý nhựa phế thải ở Châu Âu giai đoạn 2006-2010
Kết quả cho thấy tổng lƣợng chất thải nhựa hàng năm trong giai đoạn 20062010 vẫn giữ ở mức ổn định (24,1-24,9 triệu tấn). Các biện pháp xử lý nhựa phế
thải ở đây là chôn lấp, tái sử dụng, đốt để thu hồi năng lƣợng và tái chế trong đó

biện pháp đƣợc sử dụng nhiều nhất và có xu hƣớng tăng đó là tái sử dụng. Biện
pháp chôn lấp có xu hƣớng giảm dần do biện pháp này chỉ là giải pháp tình thế,
không có tính chất lâu dài do nhựa phế thải gần nhƣ không bị phân hủy trong môi
trƣờng do đó quỹ đất dùng cho chôn lấp đòi hỏi phải rất lớn. Qua biểu đồ cũng chỉ
ra rằng hai biện pháp là đốt và tái chế đang có xu hƣớng tăng nhẹ qua các năm.
Việc phân biệt giữa nhựa phế thải chƣa qua sử dụng và nhựa phế thải đã qua
sử dụng là rất quan trọng. Nhựa thải chƣa qua sử dụng là những vật liệu thải ra từ
công nghiệp mà không đƣa trở lại dây chuyền sản xuất. Loại chất thải này hiện đang
đƣợc tái chế ở một mức độ lớn hơn so với nhựa thải sau khi sử dụng vì nó tƣơng đối
tinh khiết, có sẵn với khối lƣợng lớn và thƣờng đƣợc cung cấp bởi một số ít các
nguồn.
Phân loại tình hình xử lý nhựa phế thải theo ngành nghề cũng đƣợc thống kê.
Tỷ lệ tái chế nhựa đạt 21,3% năm 2008, giúp tổng lƣợng thu hồi (thu hồi năng

16


lƣợng và tái chế) đạt 51,3%. Tỷ lệ tái chế cao nhất nhận thấy là ở Đức với 34% và
thấp nhất ở Hy Lạp là 8% .
Bảng 1.1. Tỷ lệ xử lý nhựa phế thải sau sử dụng theo lĩnh vực ở 27 nƣớc EU, Na
Uy và Thụy Sỹ năm 2008 [5]
Nhựa phế
Lĩnh vực

thải phát sinh
(tr. tấn)

Chôn
lấp (%)

Tái sinh

Tái sinh

Thu hồi

cơ học

thành nhiên

năng lƣợng

(%)

liệu (%)

(%)

Bao bì

15,6

41,8

28,5

0,5

29,2

Xây dựng

1,4

49,1

15,9

-

35,0

Vận tải

1,2

79,8

8,6

0,5

11,1

Nông nghiệp

1,2

53,5

21,1

-

25,3

1,1

55,2

7,6

-

36,2

Nhựa phế thải
từ thiết bị điện,
điện tử
Bảng 1.1 tổng kết tỷ lệ các phƣơng pháp xử lý nhựa phế thải theo từng lĩnh
vực ở 27 nƣớc EU, Na Uy và Thụy Sỹ. Kết quả cho thấy phần lớn các nguồn thải
đều có tỷ lệ chôn lấp tƣơng tự, trừ chất thải từ các phƣơng tiện vận tải hết hạn sử
dụng (ELV), có tỷ lệ chôn lấp 79,8%. Mặc dù hiện nay nhựa phế thải ELV đang
đƣợc quy định bởi Luật ELV nhƣng tỷ lệ thu hồi vẫn thấp, chủ yếu là do thiếu công
nghệ phù hợp cho loại chất thải này. Tuy nhiên, nhiều công nghệ xử lý mới đang
đƣợc nghiên cứu, có thể làm tăng tỷ lệ thu hồi. Hơn nữa, những thuật ngữ trong
Luật có thể thay đổi, vì một số biện pháp khả thi để xử lý nhựa ELV có thể vẫn là
phƣơng pháp chôn lấp nhƣng trên thực tế lại đƣợc xem xét dƣới sự che chắn của các
hoạt động thu hồi.
Do bao bì chất dẻo có hệ thống thu hồi và tái chế chất thải đƣợc xây dựng lâu

đời nhất nên hiển nhiên rằng tỷ lệ tái chế của nó cao hơn so với các nguồn khác
(28,5% tái chế cơ học, 0,45% tái chế nguyên liệu). Tiếp theo là nhựa phế thải nông
nghiệp có tỷ lệ tái chế 21,1%. Mặc dù không chịu bất cứ quy định trực tiếp nào của
luật pháp phải tăng quá trình thu hồi, những lý do về kinh tế cùng với sự phổ biến

17


của nguồn nguyên liệu đồng nhất này giúp giải thích cho tỷ lệ tái chế cao. Mặc dù
nguồn nhựa phế thải từ thiết bị điện, điện tử (WEEE) và xây dựng (C&D) có tỷ lệ
tái chế tƣơng đối thấp nhƣng lại có tỷ lệ thu hồi năng lƣợng tƣơng đối cao, tƣơng
ứng là 36,2 và 35,0%. Về tổng thể, tổng lƣợng thu hồi đạt cao nhất đối với bao bì
nhựa phế thải là 59,8% và thấp nhất là ELV, chiếm 19,2%.
Ở các quốc gia phát triển ngƣời ta phân biệt rạch ròi công việc tái chế sơ cấp
và thứ cấp. Chất thải nhựa sơ cấp đƣợc phát sinh trong quá trình sản xuất và chế tạo
sản phẩm. Đặc điểm của chất thải sơ cấp là chất lƣợng tốt, có độ tinh khiết cao, phù
hợp với tiêu chuẩn chế tạo sản phẩm nhƣ là nguyên liệu mới ban đầu. Chất thải thứ
cấp là những chất thải nhựa không thuộc lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Chúng
không tinh khiết, có thể bị nhiễm bẩn, và là hỗn hơp của nhiều loại nhựa khác nhau.
Chất lƣợng của loại nhựa chế tạo từ chất thải nhựa thứ cấp này sẽ kém hơn và khả
năng chấp nhận của thị trƣờng đối với sản phẩm này là thấp hơn.
Theo các số liệu thống kê của Eurostat [3] ngoài 33% chất thải bao bì nhựa,
gần 29,1% đã đƣợc đốt để thu hồi năng lƣợng ở EU vào năm 2010. Phần lớn lƣợng
chất thải còn lại 37,7% (5,6 triệu tấn) đƣợc chôn lấp.
1.3. Xử lý nhựa phế thải bằng công nghệ oxo - biodegradation
Thông thƣờng, polyolefin đƣợc xem là không có khả năng phân hủy sinh học
bởi 3 lý do. Thứ nhất: đặc tính kị nƣớc của poliolefin khiến cho vật liệu này không
bị thủy phân. Thứ hai: việc sử dụng các chất chống oxy hóa và chất ổn định trong
quá trình sản xuất khiến poliolefin không bị oxy hóa và phân hủy sinh học [18]. Thứ
ba: poliolefin có khối lƣợng phân tử (KLPT) cao, từ 4000 đến 28000. Bởi vậy, để

khiến cho chúng có khả năng phân hủy sinh học thì tất cả các yếu tố này cần phải
đƣợc xem xét. Nghiên cứu của Bonhomme [19] chỉ ra rằng để có thể phân hủy sinh
học thì KLPT của polyolefin phải nhỏ hơn 500. Nhƣ vậy, nguyên lý để làm cho
poliolefin có khả năng phân hủy sinh học liên quan đến việc bổ sung các phụ gia đặc
biệt vào poliolefin tổng hợp sao cho vật liệu biến tính có khả năng phân hủy quang và
hóa. Nhƣ vậy, mạch cacbon dài bị bẻ gãy thành các mảnh ngắn hơn và KLPT của
chúng giảm xuống dƣới 500. Sau đó các vi sinh vật có thể đồng hóa các sản phẩm

18


monome và oligome bị bẻ gãy của polyolefin thu đƣợc từ quá trình phân hủy quang và
hóa [19].
Hiện nay các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu, quan tâm chế tạo các loại vật
liệu poliolefin phân huỷ sinh học (giảm cấp sinh học - Oxo- biodegradation) nhƣ màng
phủ bồi, bầu ƣơm cây, bao bì.... Đây có thể đƣợc xem là an toàn nhất và có thể là sự lựa
chọn tốt nhất. Quy trình này sử dụng một lƣợng rất nhỏ chất phụ gia trong quá trình sản
xuất. Chất dẻo bắt đầu phân huỷ ngay sau khi sản xuất và sẽ tăng tốc khi tiếp xúc với
nhiệt, ánh sáng. Thời gian để chất dẻo phân huỷ có thể vài tháng hoặc vài năm sau đó.
Với các sản phẩm thƣơng mại, poliolefin tổng hợp không bị oxi hóa và phân
hủy sinh học bởi sự có mặt của các chất chống oxi hóa và chất ổn định. Sử dụng phụ
gia xúc tiến oxi hóa khiến cho poliolefin có khả năng phân hủy oxo- biodegradable.
Trƣớc tiên, hoạt động của phụ gia xúc tiến oxi hóa có thể làm thay đổi đặc tính bề mặt
của poliolefin, từ kị nƣớc chuyển thành ƣa nƣớc. Thứ hai, phụ gia xúc tiến oxi hóa xúc
tác quá trình bẻ gãy mạch dài của poliolefin và tạo ra các sản phẩm có KLPT thấp hơn
trong quá trình nhiệt phân và quang phân.
Nhựa phân huỷ sinh học hay oxo- biodegradation đƣợc mô tả qua 2 giai đoạn
phân huỷ [20]:
- Giai đoạn đầu là phản ứng của oxi trong không khí với polime, các mạch
polime bị cắt nhỏ (tạo thành oligome) là kết quả của quá trình oxi hoá, giai đoạn này

không có mặt của các vi sinh vật làm nhiệm vụ oxi hoá (abiotic oxidation), việc sử
dụng oxi sẽ biến các mạch polime hình thành các nhóm chức nhƣ cacbonyl, cacboxyl,
este, andehit, ancol. Từ một polime kị nƣớc sẽ xuất hiện các nhóm chức ƣa nƣớc tạo
điều kiện cho việc phân huỷ các polime dễ dàng hơn.
- Giai đoạn hai là phân huỷ sinh học bởi sự oxy hoá của các vi sinh vật nhƣ nấm,
vi khuẩn...Chúng sẽ phân huỷ các mạch oligome còn lại thành CO2 và H2O.
Giai đoạn đầu là giai đoạn quan trọng nhất vì nó quyết định toàn bộ quá trình.
Trong giai đoạn này, quá trình phân huỷ sinh học giảm cấp có thể diễn ra nhanh hơn khi
có mặt tia UV (phân huỷ quang hoá) hoặc nhiệt (phân huỷ nhiệt).

19


Giai đoạn đầu hay còn gọi là giai đoạn giảm cấp quang hoá liên quan đến khuynh
hƣớng tự nhiên đối với hầu hết các loại polime khi trải qua quá trình phản ứng từ từ với
oxi trong không khí với sự trợ giúp của ánh sáng, thông thƣờng các tác nhân nhạy sáng
dƣợc sử dụng để tăng tốc so với xu hƣớng tự nhiên (mất vài thập niên). Cơ chế của quá
trình giảm cấp quang hoá liên quan đến sự hấp thụ bức xạ UV và sau đó tạo ra các gốc tự
do. Một quá trình tự oxi hoá diễn ra sẽ phân huỷ tận cùng các loại polime. Ngƣời ta tin
tƣởng rằng sự có mặt thƣờng trực của các nhóm cacbonyl hoặc hidropeoxit trong quá
trình chế tạo hoặc gia công sẽ làm cho poliolefin không bền, dựa vào đặc điểm này để có
thể điều khiển quá trình phân huỷ. Nhóm hidropeoxit (-CH-OOH) là sản phẩm đầu tiên
của quá trình oxi hoá và không bền dƣới tác dụng của nhiệt và ánh sáng. Sau đó nó sẽ tạo
thành các sản phẩm polime có chứa các nhóm ƣa nƣớc có thể tan trong nƣớc, làm cho
poliolefin dễ phân huỷ hơn. Các nhóm xeton có thể đứt đồng ly theo hai cơ chế Norrish I
hoặc Norrish II [20].

Hình 1.6. Cơ chế phân huỷ quang hoá PE

20