Bao bì phân hủy sinh học

Mặc dù đã có nhưng khuyến cáo về vấn nạn ô nhiễm do bao bì nhựa mạng lại và đã có các loại bao bì giấy thay thế, nhưng con người không thể phủ nhận sự tiện lợi của bao bì nhựa và tiếp tục sử dụng bất chấp lời cảnh báo "Một thời gian đến chúng ta sẽ đi lại trên các đống rác bao bì".

Các loại bao bì bằng nhựa như PE, PP, PVC, PS … gọi chung là polyolefin. Việc sử dụng các loại nhựa đặc biệt là nhựa olefin tăng đáng kể trong những thập niên gần đây vì chi phí thấp tính chất cơ lý tốt. nhưng vấn đề môi trường cũng là thách thức khi đẩy mạnh sử dụng loại nhựa này bởi vì các loại nhựa olefin không dễ dàng phân hủy trong môi trường tự nhiên quá trình phân hủy có thể tính bằng đơn vị thế kỷ. Polyolefin phân hủy được tạo ra nhầm đáp ứng hai yêu cầu: hàng hóa để phục vụ đời sống và khi phân hủy nhựa đến sản phẩm cuối cùng phải không độc hại với môi trường.

Vấn đề môi trường liên quan đến việc quá lệ thuộc vào bao bì polyolefin đã khiến cộng đồng các nước trên thế giới lo ngại, Hiện nay vấn đề xử lý các loại rác thải bằng nhựa chủ yếu là đốt, trôn và tái chế. Tuy nhiên 3 phương pháp này điều mang đến rủi ro cao như khi đốt polyolefin sẽ sinh ra lượng bụi và CO2 lớn, trôn sẽ gây cho đất bạc màu, tái chế nhiều lần thì các loại bao bì sẽ không còn tính cơ lý tốt như ban đầu.

Hiện nay các nhà khoa học đã tìm và quan tâm chế tạo các loại bao bì polyolefin phân hủy sinh học (giảm cấp sinh học - Oxo-biodegradation) .

Nhựa phân hủy sinh học hay Oxo-biodegradation được mô tả qua hai giai đoạn phân hủy.

+ Giai đoạn đầu là phản ứng của oxi trong ko khi với polymer, các mạch polymer bị cắt nhỏ (tạo thành olygomer) là kết quả của quá trình oxi hóa, giai đoạn này không có mặt của các vi sinh vật làm nhiệm vụ oxihoa(abiotic oxidation), việc sử dụng oxi sẽ biến các mạch polymer hình thành các nhóm chức như là cacbonyl, acid cacboxilic, ester, anhdehid, rượu. Từ một polymer kị nước xuất hiện các nhóm chức ưa nước tạo điều kiện cho việc phân hủy các polymer dễ dàng hơn.

+ Giai đoạn hai là phân hủy sinh học bởi sự oxi hóa của các vi sinh vật như vi khuẩn, nắm… chúng sẽ phân hủy các mạch olygomer còn lại thành CO2 và nước.

Trong giai đoạn đầu là giai đoạn quan trọng nhất vì nó quyết định toàn bộ quá trình, trong giai đoạn đầu của quá trình phân huy sinh học sự giảm cấp có thể diễn ra nhanh hơn khi có mặt của tia UV (photodegradation) hoặc nhiệt (Thermal degradation).

Giai đoạn đầu hay còn gọi là giai đoạn giảm cấp quang hóa (Photodegradation) liên quan đến các khuynh hướng tự nhiên cho hầu hết các loại polymer chúng phải trải qua một quá trình phản ứng từ từ với oxi không khí với sự trợ giúp của anh sáng, thông thường các tác nhân nhạy sáng được sử dụng để làm nhanh hơn so với xu hướng tự nhiên(mất vài thập niên). Cơ chế của giảm cấp quang hóa liên quan đến sự hấp thu ánh sáng UV và sau đó tạo ra các gốc tự do. Một quá trình oxi hóa tự động diễn ra sẽ phân hủy tận cùng các loại polymer. Người ta tin tưởng rằng luôn luôn khi có sự hiện diện của các nhóm cacbonyl hoặc hidroperoxide trong quá trình chế tạo hoặc gia công sẽ làm cho polyolefin không bền, dựa đặt điểm này để có thể điều khiển quá trình phân hủy.

Hình minh họa cơ chế và một số sản phẩm hình thành khi phân hủy quang hóa PE. Nhóm hydroperoxide group (–CH–OOH) là sản phẩm đầu tiên của quá trình oxi hóa và đều không bền dưới tác dụng của nhiệt hoặc ánh sáng. Và sau đó nó sẽ cho các loại sản phẩm polymer có chưa các nhóm ưa nước có thể tan trong nước, các nhóm này làm cho polyolefin dễ phân hủy hơn.

Các nhóm ceton có thể đức đồng ly theo hai cơ chế Norrish I hoặc Norrish II.

Ngoài ra còn có quá trình giảm cấp nhiệt (Thermal degradation), cơ chế giảm cấp nhiệt tương tự như giảm cấp quang hóa, tuy nhiên vận tốc của giảm cấp nhiệt phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ.