Mã số N1057: Nghiên cứu chế tạo và sản xuất khẩu trang có khả năng lọc bụi mịn, kháng khuẩn và tự phân hủy sinh học từ vật liệu Poly (lactic Acid) và Chitosan
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp trên toàn thế giới đã tạo ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống. Ngoài ra, sự gia tăng và phát triển của các dịch bệnh do vi khuẩn, virus gây ra trên toàn thế giới cũng đã tạo ra mối nguy hiểm nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng, điển hình là dịch bệnh do virus corona (Covid-19) gây ra trong thời gian gầy đây. Để phòng chống dịch bệnh, biện pháp sử dụng khẩu trang đã được tổ chức y tế thế giới và chính phủ các nước khuyến cáo bắt buộc sử dụng.
Hiện tại đã có một số loại khẩu trang thương mại phổ biến trên thị trường như khẩu trang 3M, khẩu trang y tế và khẩu trang giấy... Trong đó, khẩu trang y tế và khẩu trang giấy là sản phẩm có giá rẻ nhất, do đó được người dân ưa chuộng. Tuy nhiên, 2 loại sản phẩm này chỉ có thể lọc được những hạt bụi có kích thước lớn mà không có khả năng lọc được bụi mịn PM2,5. Khẩu trang N95 có chất lượng tốt hơn với khả năng lọc được 95% các loại bụi mịn có đường kính nhỏ nhất là 0,3 μm. Tuy nhiên, loại khẩu trang này có giá thành tương đối cao và gây khó khăn khi sử dụng.Ngoài ra, tất cả các loại khẩu trang này đều không có khả năng diệt khuẩn, do đó mức độ an toàn giúp phòng chống nhiễm vi sinh vật gây bệnh chưa được đảm bảo. Hơn nữa các loại khẩu trang hiện nay hầu hết đều sử dụng các loại vải không dệt từ nhựa tổng hợp như PET (Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PE (polyethylene)… Những loại nhựa này rất khó phân hủy, do đó gây ra nguy cơ ô nhiễm rác thải nhựa. Chính vì thế, việc sản xuất một loại khẩu trang mới với những đặc tính ưu việt như: có khả năng lọc được bụi mịn (PM2,5), có khả năng kháng khuẩn, giá thành thấp và đặc biệt quan trọng là có khả năng phân hủy sinh học là yêu cầu cấp thiết.
Để giải quyết vấn đề trên, Công ty hiện đã và đang nghiên cứu phát triển một loại khẩu trang có khả năng lọc được bụi mịn, kháng khuẩn, hoàn toàn phân hủy sinh học bằng cách sử dụng sợi nano (có kích thước khoảng vài trăm nanomet) được chế tạo bằng phương pháp electrospinning từ poly(lactic acid) (PLA) và chitosan. Cả hai loại vật liệu PLA và chitosan đều là vật liệu có khả năng phân hủy sinh học tốt. Trong đó, PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo phân hủy sinh học có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên như bột ngô, mía, củ sắn hoặc tinh bột khoai tây. Chitosan cũng là một loại polymer tự nhiên thường được chiết xuất từ vỏ tôm cua. Chitosan có khả năng phân hủy sinh học và kháng khuẩn, đã được áp dụng nhiều trong lĩnh vực y sinh. Tuy nhiên, do đặc thù trong cấu trúc, các liên kết hydro nội tại và liên phân tử khiến phân tử chitosan kém linh động, do đó rất khó để chế tạo sợi nano bằng phương pháp electrospinning từ chitosan nguyên chất. Để khắc phục nhược điểm này, Công ty chúng tôi sử dụng polymer PLA kết hợp với chitosan để tăng khả năng tạo sợi nano. Màng tạo bởi sợi nano PLA/chitosan có kích thước lỗ khoảng 0,2-0,3 μmnên có thể lọc được bụi mịn PM2,5. Với sự có mặt của chitosan trong sợi nano, màng PLA/chitosan còn có thêm khả năng diệt khuẩn. Màng này sau đó được ghép với lớp vải không dệt PLA, lớp này có tác dụng hỗ trợ lọc các hạt bụi có kích thước lớn và tăng cường cơ tính cho khẩu trang. Việc phát triển sản xuất khẩu trang hoàn toàn từ nguyên liệu có khả năng phân hủy sinh học với giá thành thấpcó khả năng lọc bụi mịn và kháng khuẩn hứa hẹn sẽ mang lại lợi ích lớn, đóng góp tích cực trong lĩnh vực bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển kinh tế.
- Đối với vấn đề sức khỏe: giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng tránh khỏi những tác động tiêu cực từ môi trường ô nhiễm (đặc biệt là vấn đề bụi mịn trong không khí). Ngoài ra, chức năng kháng khuẩn của khẩu trang giúp bảo vệ con người khỏi các tác nhân gây bệnh từ vi khuẩn và các loài vi sinh vật khác.
- Đối với môi trường: việc chế tạo và sử dụng khẩu trang từ các vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên và có khả năng phân hủy sinh học sẽ giúp hạn chế sự ô nhiễm môi trường do các rác thải khẩu trang tạo ra, giúp bảo vệ sức khỏe và môi trường sống cho con người và thiên nhiên.
- Đối với vấn đề kinh tế: việc sử dụng khẩu trang có khả năng tự phân hủy sinh học giúp giảm chi phí xử lý rác thải. Hơn nữa, vật liệu sử dụng để tạo khẩu trang có nguồn gốc từ tự nhiên với chi phí rẻ, từ đó giúp tăng khả năng cạnh tranh trong kinh doanh và hướng đến phát triển nền kinh tế bền vững.
- Tác động xã hội và cộng đồng: bên cạnh việc nâng cao bảo vệ sức khỏe cộng đồng, việc sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên, có khả năng tự phân hủy giúp nâng cao ý thức cộng đồng và xã hội trong việc bảo vệ môi trường sống, từ đó hạn chế và tiến đến việc không sử dụng các sản phẩm từ những vật liệu khó phân hủy gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sống, sức khỏe con người và thế giới tự nhiên.
Khẩu trang của Công tychúng tôi được sản xuất từ việc kết hợp 2 loại vật liệu PLA và chitosan bằng phương pháp electrospining. Hiện nay trên thị trường vẫn chưa có loại khẩu trang thương mại nào được sản xuất từ việc kết hợp hai loại vật liệu này. Như Công ty chúng tôi đã đề cập, PLA và chitosan có nguồn gốc từ tự nhiên và có khả năng phân hủy sinh học, từ đó giúp giải quyết vấn đề xử lý khẩu trang sau khi sử dụng cũng như vấn đề ô nhiễm môi trường do các khẩu trang làm từ các vật liệu nhựa khác gây ra. Kế đến, vật liệu chitosan có khả năng kháng khuẩn từ đó giúp khẩu trang sản xuất được có khả năng ngăn chặn sự lây nhiễm của các vi sinh vật gây bệnh. Điểm sáng tạo cuối cùng và cũng rất quan trọng đó là Công ty chúng tôi sử dụng phương pháp electrospining để tạo ra sợi nano từ PLA/chitosan. Đây là công nghệ mới tiên tiến có khả năng tạo được sợi có kích thước từ vài chục đến vài trăm nanomet. Từ đó,Công ty chúng tôi có thể tạo ra được loại vật liệu khẩu trang có có kích thước lỗ khoảng 0,2-0,3 μm giúp lọc được bụi mịn có kích thước 2,5 μm.Ngoài ra, phương pháp electrospining cũng cho phép phối trộn polymer với một số phụ gia khác để tăng cường khả năng diệt khuẩn hoặc tách các ion độc hại như ion kim loại và các chất độc hại khác.Hiện nay, vẫn chưa có loại khẩu trang nào ở Việt Nam được sản xuất bằng công nghệ này.Thiết bị và nguyên tắc tạo sợi bằng electrospining được mô tả ở Hình 1.
Hình 1. Sơ đồ cấu tạo máy electrospining.
Quy trình chế tạo khẩu trang kháng khuẩn từ sợi nano PLA/chitosan:
Khẩu trang có cấu tạo gồm 3 lớp (Hình 2), 2 lớp ngoài cùng được tạo thành từ vải không dệt với kích thước lỗ lớn (10-20 µm) có tác dụng hỗ trợ lọc các hạt bụi thô, chống thấm nước và tăng cường cơ tính. Lớp giữa là lớp màng PLA/chitosan được tạo bởi công nghệ electrospinning. Lớp màng này có kích thước lỗ khoảng khoảng 0.2-0.3 µm, do đó có thể loại bỏ hoàn toàn bụi mịn PM2,5. Hơn nữa, lớp màng này cũng được tào thành từ chất diệt khuẩn (hoặc bổ sung thêm chất diệt khuẩn), do đó có khả năng tiêu diệt vi khuẩn khi chúng bám vào màng. Cả 3 lớp màng đều được chế tạo 100% từ nhựa phân hủy sinh học.
Hình 2. Mô hình cấu tạo khẩu trang 3 lớp.
Hiệu quả đạt được: Khẩu trang tạo thành có cơ tính cao, chống thấm nước, đặc biệt có khả năng lọc được hạt bụi mịn (2.5 µm), diệt vi sinh vật, và có khả năng phân hủy sinh học.
Hiệu quả kinh tế
Giá thành và giá bán sản phẩm chỉ bằng khoảng 90% so với giá bán các loại khẩu trang KN95 cao cấp trên thị trường.
Đối với nhà đầu tư sản xuất: suất vốn đầu tư không quá cao, tỷ suất hoàn vốn nội bộ IRR > 25%, thời gian thu hồi vốn chỉ khoảng 3 năm, tạo công ăn việc làm cho khoảng 15 lao động/dây chuyền sản xuất.
Khẩu trang có khả năng lọc bụi mịn, kháng khuẩn và phân hủy sinh học được tạo ra từ vật liệu PLA/chitosan bằng công nghệ electrospining mà Công tychúng tôi đang nghiên cứu phát triển là sản phẩm vô cùng tiềm năng cho ứng dụng thương mại hóa. Sản phẩm mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong cả việc phát triển kinh tế, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường và nâng cao ý thức xã hội. Công ty chúng tôi tin rằng đây không chỉ là sản phẩm tương lai ở Việt Nam mà còn có thể cạnh tranh với các sản phẩm khác ở trên thị trường quốc tế. Hiện nay công ty chúng tôi đã hoàn thành giai đoạn thử nghiệm vàđang xây dựng nhà máy sản xuất với quy mô lớnvà sẽ cho ra thị trường sản phẩm khẩu trang chống bụi mịn, kháng khuẩn, hoàn toàn phân hủy sinh học với giá thành thấp, để phục vụ nhu cầu sử dụng cũng như bảo vệ sức khỏe cho người dân trong tình hình dịch bệnh và ô nhiễm môi trường như hiện nay.
Thông tin
Tên công ty: CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ CAO ĐỨC THÀNH
Địa chỉ: Số 4 Nguyễn Bá Tuyển, P. 12, Q. Tân Bình, TP. HCM
Điện thoại: 0909095041
Email: hoangchinhcn@gmail.com