Polyme sinh học là gì?

Polyme là các chất hóa học được sử dụng để tạo ra các dạng nhựa khác nhau. Polyme được tạo thành từ các phân tử nhỏ được gọi là monome. Chúng sẽ được sắp xếp thành các cấu trúc khổng lồ hơn. Quá trình này được gọi là trùng hợp. Nó hoạt động bằng cách liên kết các đơn phân với nhau để tạo ra các liên kết chuỗi hoặc mạng ba chiều. Quá trình này có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng hóa chất, nhưng nó cũng có thể xảy ra một cách tự phát trong tự nhiên.

Ngày nay, polyme sinh học đang trở nên phổ biến như là lựa chọn thay thế thân thiện với môi trường hơn so với polyme tổng hợp hay còn gọi là nhựa sinh học, là loại nhựa có nguồn gốc sinh học hoặc có khả năng phân hủy sinh học. Những hóa chất này chứa các nhóm chức năng phân hủy sinh học như acetal, silyl ether và ketone.

Polyme sinh học có thể được làm từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như bã cà phê, tinh bột, vỏ dừa và PP/PE thông thường. Không giống như nhựa truyền thống có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo, polyme sinh học được coi là bền vững và thân thiện với môi trường hơn.

Một trong những ưu điểm quan trọng của polyme sinh học là chúng có thể phân hủy sinh học hoặc tái chế. Điều này làm cho chúng trở thành một lựa chọn tối ưu cho nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như bao bì thực phẩm, màng nông nghiệp và các sản phẩm dùng một lần.

Sau đây là những đặc điểm chính của hạt polyme sinh học:

- Có độ bền kéo cao

- Khả năng chống va đập cao, độ bền và tính linh hoạt

- Chịu được nhiệt độ cao (100-300 độ C)

- Chỉ số dòng chảy thấp

- Chất lượng sản phẩm nhất quán

- Thích hợp để sản xuất các mặt hàng tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không phải tất cả các loại polyme sinh học đều có tính chất như nhau. Một số polyme sinh học có thể yêu cầu các điều kiện cụ thể, chẳng hạn như nhiệt độ cao hoặc một số vi khuẩn nhất định, để phân hủy sinh học một cách thích hợp. Ngoài ra, việc sản xuất polyme sinh học vẫn có thể có tác động đến môi trường, chẳng hạn như sử dụng đất hoặc sử dụng nước.

Sự khác biệt giữa polyme sinh học và nhựa sinh học là gì?

Thuật ngữ "polyme sinh học" được dùng để chỉ tất cả các polyme được tìm thấy trong các sinh vật sống, chẳng hạn như cellulose trong gỗ, tơ tằm và collagen của động vật có vú. Polyme sinh học tổng hợp cũng có thể được tạo ra để bắt chước các polyme sinh học tự nhiên. Các sản phẩm dầu mỏ không được sử dụng để tạo ra các polyme sinh học tự nhiên hoặc tổng hợp.

Nhựa sinh học là một phần nhỏ hơn của polyme sinh học, có nghĩa là tất cả nhựa sinh học đều là polyme sinh học nhưng không phải tất cả polyme sinh học đều là nhựa sinh học. Ví dụ, PLA là nhựa sinh học và polyme sinh học, trong khi tơ tằm có thể được phân loại là polyme sinh học nhưng không phải là nhựa sinh học.

Các loại polyme sinh học

Có nhiều loại polyme sinh học khác nhau, mỗi loại có đặc tính và đặc điểm riêng. Dưới đây là ba loại polyme sinh học chính khác nhau về nguồn gốc và phương pháp sản xuất, cũng như các đặc tính và ứng dụng của chúng.

1. Polyme có nguồn gốc từ sinh khối

Polyme sinh học sinh khối thu được tạo nên trực tiếp từ sinh khối, bao gồm tinh bột, cellulose, protein, axit amin và các dẫn xuất của chúng. Chúng thường có khả năng phân hủy sinh học và ít tác động đến môi trường hơn, nhưng tính chất của chúng có thể kém hơn so với nhựa gốc dầu.

Do đó, chúng thường được sử dụng cùng với chất độn gia cố hoặc chất điều chỉnh tác động để cải thiện các đặc tính của chúng. Một số ứng dụng điển hình của các polyme sinh học này bao gồm bao bì đóng gói, màng nông nghiệp hoặc lớp phủ.

2. Polyme tổng hợp sinh học

Loại polyme sinh học này được tổng hợp sinh học bằng vi sinh vật, thực vật hoặc được điều chế trực tiếp từ các monome được tổng hợp sinh học, chẳng hạn như polyhydroxyalkanoat (PHA) và axit polylactic (PLA). Chúng cũng có khả năng phân hủy sinh học và có thể được sử dụng tương tự như các polyme sinh học sinh khối. Tuy nhiên, chúng có các tính chất cơ học tốt hơn và linh hoạt hơn, khiến chúng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cấy ghép y sinh và hệ thống phân phối thuốc.

3. Polyme gốc dầu được làm từ các monome có nguồn gốc sinh học

Nhựa polyme gốc dầu có thể được làm từ các monome có nguồn gốc sinh học thay thế, chẳng hạn như polyetylen và polyetylen terephthalate (PET). Chúng có cấu trúc tương tự như nhựa gốc dầu và có các đặc tính giống hệt nhau, nhưng hầu như không thể phân hủy sinh học và cũng gặp các vấn đề về xử lý và tái chế như nhựa truyền thống.

Tuy nhiên, chúng vẫn có thể được coi là một giải pháp thay thế bền vững hơn cho nhựa gốc dầu truyền thống, vì chúng được làm từ các nguồn tài nguyên tái tạo và có lượng khí thải carbon thấp hơn. Một số ứng dụng điển hình của các polyme sinh học này bao gồm bao bì thực phẩm, hộp đựng đồ uống và phụ tùng ô tô.

Ứng dụng của polyme sinh học

Nhựa sinh học thương mại chủ yếu được sử dụng trong bao bì. Do giá thấp hơn nên nhựa gốc tinh bột và PLA là những loại nhựa sinh học được sản xuất phổ biến nhất. Mặt khác, PHA có chi phí sản xuất khá cao và do đó được sản xuất ít hơn.

Dưới đây là một số ứng dụng của polyme sinh học phổ biến nhất:

- Polyme gốc tinh bột và polyme pha trộn: Bao bì dẻo, hàng tiêu dùng, nông nghiệp

- PLA: Bao bì dẻo và cứng, hàng tiêu dùng

- PHA: Bao bì dẻo và bao bì cứng

- PET: Bao bì cứng

- PBAT (Polybutylene adipate terephthalate): Bao bì dẻo và cứng, màng phủ nông nghiệp

- PBS (Polybutylene succinate): Bao bì dẻo, màng phủ nông nghiệp

Những quan niệm sai lầm phổ biến về polyme sinh học

Nhận thức của công chúng về polyme sinh học có tầm quan trọng đáng kể trong việc thúc đẩy việc sử dụng rộng rãi chúng. Dưới đây là một số giải thích cho những quan niệm sai lầm phổ biến nhất về polyme sinh học:

- Tất cả các loại polyme sinh học đều có thể phân hủy sinh học: Không phải tất cả các loại polyme sinh học đều có thể phân hủy sinh học. Cấu trúc của một polyme xác định liệu nó có thể phân hủy sinh học hay không. Hầu hết các polyme sinh khối và tổng hợp sinh học đều có khả năng phân hủy sinh học cao, trong khi chỉ một số loại nhựa gốc dầu được làm từ các nguồn sinh học có khả năng phân hủy sinh học cao.

- Nhựa sinh học không phân hủy đủ nhanh trong các trường hợp bình thường và thường yêu cầu các cơ sở ủ phân để xử lý đúng cách: Khả năng phân hủy sinh học của các loại polyme sinh học khác nhau đáng kể. Ví dụ, PHA phân hủy tương đối nhanh trong điều kiện tự nhiên, trong khi PLA và PBAT yêu cầu nhiệt độ cao trong các cơ sở ủ phân công nghiệp. Ngoài ra, nếu một sản phẩm nhựa sinh học có khả năng phân hủy quá nhanh, nó có thể ảnh hưởng đến tính hữu dụng của sản phẩm.

- Nhựa sinh học chỉ thích hợp cho các ứng dụng đóng gói: Các ứng dụng cho polyme sinh học ngày càng trở nên đa dạng trong những năm gần đây, chủ yếu nhờ những tiến bộ trong việc phát triển các polyme có nguồn gốc sinh học.