Polyhydroxyalkanoate (PHA) là một thuật ngữ bạn có thể đã bắt gặp trong các bài viết hoặc thông tin về vật liệu nhựa sinh học, nhưng chưa thực sự hiểu rõ bản chất của nó. Đây là một loại polymer sinh học đang thu hút sự quan tâm trong bối cảnh ngành nhựa hướng đến phát triển bền vững. Với tiềm năng ứng dụng trong bao bì, sản phẩm tiêu dùng, thực phẩm và đồ uống, PHA đang mở ra nhiều cơ hội mới cho các lĩnh vực công nghiệp. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về PHA, từ đặc điểm cấu trúc đến các ứng dụng thực tế trong đời sống.
>> Xem thêm chủ đề liên quan: Nhựa Sinh Học (Bioplastics) là gì? Tất cả các thông tin bạn cần biết
Nhựa PHA là gì?
PHA là viết tắt của polyhydroxyalkanoate, một loại polyester được tạo ra trong tự nhiên (khác với polyester tổng hợp).
Để hiểu rõ hơn, hãy đi từ những khái niệm cơ bản:
-
Monomer là phân tử nhỏ có thể liên kết hóa học với các phân tử khác.
-
Polymer là phân tử lớn được tạo thành từ nhiều đơn vị monomer lặp lại – có thể là tự nhiên, tổng hợp hoặc cả hai. Quá trình biến các phân tử nhỏ thành phân tử lớn gọi là polymer hóa. Tính chất như độ cứng, khả năng chịu nhiệt, độ dẻo, cấu trúc phân tử có thể thay đổi rất lớn.
-
Ví dụ về polymer tự nhiên: nhựa shellac, tơ tằm, cao su thiên nhiên.
-
Ví dụ polymer tổng hợp: PVC, neoprene, cao su tổng hợp.
-
-
Polyester là một nhóm polymer có nhóm chức ester trong cấu trúc chính (tức là ít nhất một nhóm hydroxyl bị thay thế bằng nhóm alkoxy). Polyester được sử dụng rộng rãi trong ngành dệt may, bao bì, hàng tiêu dùng và hơn thế nữa. Có hai loại polyester:
-
Nhiệt dẻo (thermoplastic): có thể nóng chảy và tạo hình lại nhiều lần.
-
Nhiệt rắn (thermoset): chỉ tạo hình một lần duy nhất, nếu bị nung nóng quá mức sẽ cháy thay vì nóng chảy.
-
-
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) là một loại polyester tự nhiên (không tổng hợp), được tạo ra nhờ quá trình lên men của vi khuẩn. Khi môi trường thiếu dinh dưỡng, vi sinh vật sẽ tổng hợp loại polyester này, sau đó có thể thu hoạch để sử dụng. PHAs vừa có nguồn gốc sinh học vừa phân hủy sinh học được.
PHA là gì? Đặc điểm, lợi ích, ứng dụng
Đặc điểm chung của PHAs
Việc xác định các đặc tính cụ thể của nhựa nói chung rất khó vì tính đa dạng cao. Ngay cả trong nhóm polyester cũng có sự khác biệt lớn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu Bugnicourt, Cinelli, Lazzeri và Alvarez trong nghiên cứu năm 2014 “Polyhydroxyalkanoate (PHA): Tổng quan về tổng hợp, đặc tính, xử lý và ứng dụng trong bao bì” đã liệt kê một số đặc điểm chung của PHA như sau:
-
Không tan trong nước và khá bền với sự phân hủy thủy phân.
-
Chống tia UV tốt nhưng kháng axit và bazơ kém.
-
Tan được trong chloroform và các hydrocarbon clo hóa khác.
-
Tương thích sinh học, phù hợp cho ứng dụng y tế.
-
Chìm trong nước, giúp phân hủy yếm khí trong trầm tích.
-
Không độc hại.
-
Ít “dính” hơn so với các polymer truyền thống khi nóng chảy.
Điều đặc biệt của PHAs là vừa có nguồn gốc sinh học, vừa phân hủy sinh học.
-
Nguồn gốc sinh học (bio-based): nghĩa là được tạo từ các nguồn hữu cơ, thường là thực vật. Chúng khác với nhựa thông thường làm từ dầu mỏ.
-
Ví dụ: PHAs được tạo bởi các vi khuẩn như Pseudomonas putida và Cupriavidus necator.
-
-
Lưu ý rằng không phải vật liệu có nguồn gốc sinh học nào cũng phân hủy sinh học.
-
Phân hủy sinh học nghĩa là vật liệu bị phân hủy nhờ vi sinh vật trong điều kiện thích hợp. Dù về lý thuyết mọi vật liệu đều có thể phân hủy, nhưng chỉ những loại phân hủy trong thời gian ngắn (vài tuần đến vài tháng) mới được coi là “phân hủy sinh học”.
-
-
PHAs thuộc loại có thể phân hủy sinh học thực sự – chúng có thể phân hủy trong đất, trong môi trường ủ phân hữu cơ hoặc trong trầm tích biển. Vì vậy, rất phù hợp với các ứng dụng như bao bì sử dụng một lần.
Lợi ích của nhựa sinh học PHA
PHAs và nhựa sinh học nói chung rất hấp dẫn vì ba lý do chính:
-
Nguồn gốc từ tài nguyên tái tạo:
-
Việc sử dụng vi khuẩn hoặc nguyên liệu như ngô, mía đường, hoặc thậm chí rác thải (vỏ chuối, vỏ khoai tây…) để tạo ra nhựa là hướng đi bền vững, không cần phụ thuộc vào nguồn tài nguyên khan hiếm.
-
-
-
Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường là vấn đề toàn cầu, PHAs là giải pháp đáng chú ý. Nhựa truyền thống rất khó phân hủy, gây ra các hình ảnh đau lòng như động vật biển bị mắc kẹt hoặc ăn phải rác thải nhựa. Nhựa sinh học giúp giải quyết vấn đề này.
-
-
Tương thích sinh học (Biocompatibility):
-
Do không gây hại cho mô sống, PHAs đã được ứng dụng trong y học, như chỉ khâu tự tiêu, vật liệu cấy ghép, thậm chí trong công nghệ “đeo được” tích hợp vào cơ thể con người trong tương lai.
-
Ứng dụng của PHA
Với đặc tính bền vững, phân hủy sinh học và tương thích sinh học, PHAs được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:
-
Bao bì sử dụng một lần cho thực phẩm, đồ uống, sản phẩm tiêu dùng,…
-
Y tế: chỉ khâu, khung xương, nẹp xương,…
-
Nông nghiệp: màng phủ nông nghiệp, màng phân hủy sinh học,…
Tác giả: Duy Vinh
