TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 11317:2016 (ASTM D 6954:2004) VỀ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU NHỰA PHƠI NHIỄM VÀ THỬ NGHIỆM TRONG MÔI TRƯỜNG THÔNG QUA SỰ KẾT HỢP CỦA QUÁ TRÌNH OXY HÓA VÀ PHÂN HỦY SINH HỌC

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11317:2016

ASTM D 6954:2004

XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU NHỰA PHƠI NHIỄM VÀ THỬ NGHIỆM TRONG MÔI TRƯỜNG THÔNG QUA SỰ KẾT HỢP CỦA QUÁ TRÌNH OXY HÓA VÀ PHÂN HỦY SINH HỌC

Standard Guide for Exposing and Testing Plastics that Degrade in the Environment by a Combination of Oxidation and Biodegradation

Lời nói đầu

TCVN 11317:2016 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM D 6954:2004, Standard guide for exposing and testing placstics that degrade in the environment by a combination of oxidation and biodegradation với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D 6954:2004 thuộc bản quyền ASTM quốc tế.

TCVN 11317:2016 do Tổng cục Môi trường biên soạn, Bộ Tài nguyên và Môi trường đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CỦA VẬT LIỆU NHỰA PHƠI NHIỄM VÀ THỬ NGHIỆM TRONG MÔI TRƯỜNG THÔNG QUA SỰ KẾT HỢP CỦA QUÁ TRÌNH OXY HÓA VÀ PHÂN HỦY SINH HỌC

Standard guide for exposing and testing plastics that degrade in the environment by a combination of oxidation and biodegradation

1  Phạm vi áp dụng

1.1  Tiêu chuẩn này đưa ra cơ sở hoặc hướng dẫn để so sánh và xếp loại tốc độ phân hủy và mức độ suy giảm tính chất vật lý của các polyme trong phòng thí nghiệm được kiểm soát do quá trình oxy hóa nhiệt và oxy hóa quang, cũng như sự phân hủy sinh học và các tác động sinh thái trong các ứng dụng và môi trường thải bỏ nhất định sau khi phân hủy. Các môi trường thải bỏ bao gồm môi trường đất, bãi chôn lấp và bãi tạo compost, trong đó có thể xảy ra quá trình oxy hóa nhiệt và trong che phủ đất và trong nông nghiệp mà ở đó có thể xảy ra quá trình oxy hóa quang.

1.2  Trong tiêu chuẩn này, các tiêu chuẩn ASTM được sử dụng trong ba giai đoạn để đẩy nhanh và xác định sự suy giảm các tính chất và khối lượng phân tử gây ra bởi cả quá trình oxy hóa nhiệt và oxy hóa quang và các quá trình phi sinh học khác (Giai đoạn 1), xác định khả năng phân hủy sinh học (Giai đoạn 2) và đánh giá tác động sinh thải của các sản phẩm thu được từ các quá trình trên (Giai đoạn 3).

1.3  Các điều kiện của giai đoạn 1 được lựa chọn để quá trình oxy hóa nhiệt và oxy hóa quang đẩy nhanh sự phân hủy mà sẽ xảy ra trong ứng dụng và môi trường thải bỏ đã chọn. Các điều kiện này bao gồm một khoảng độ ẩm hoặc nồng độ nước dựa vào ứng dụng và môi trường thải bỏ được xem xét đến. Tốc độ phân hủy đo được ở các nhiệt độ oxy hóa đặc trưng phải được xác định để so sánh và xếp loại các polyme sẽ được đánh giá trong ứng dụng đã chọn nhằm đạt đến khối lượng phân tử mà khi đó thu được phần tồn dư có khả năng phân hủy sinh học có thể chứng minh được (dùng phép thử sinh học xác định lượng CO₂ sinh ra tương ứng với môi trường đã chọn). Ví dụ số liệu oxy hóa được đẩy nhanh phải thu được tại các khoảng nhiệt độ và độ ẩm đặc trưng của ứng dụng và môi trường thải bỏ đã chọn, ví dụ trong đất (từ 20 °C đến 30 °C), bãi chôn lấp (từ 20 °C đến 35 °C) và bãi tạo compost (từ 30 °C đến 65 °C). Đối với ứng dụng trong đất trồng, cần lưu ý đến khoảng nhiệt độ và độ ẩm tại địa phương vì các giá trị này thay đổi rất nhiều theo vị trí địa lý. Ít nhất phải có một giá trị nhiệt độ gần với nhiệt độ cuối hoặc nhiệt độ thải bỏ, nhưng không được cao hơn 20 °C so với nhiệt độ được lấy ra. Nhiệt độ này cũng phải được thiết lập sao cho polyme đó không trải qua quá trình chuyển pha, ví dụ nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (T_g) nằm trong khoảng nhiệt độ thử nghiệm.

1.4  Phần tồn dư thu được từ quá trình oxy hóa sau đó được cho tiếp xúc với các môi trường thải bỏ thích hợp hoặc sử dụng các phương pháp đo sinh học để xác định tốc độ và mức độ phân hủy sinh học (Giai đoạn 2).

1.5  Các dữ liệu thu được từ các đánh giá trong Giai đoạn 1 và thời gian xác định được đối với sự phân hủy sinh học trong môi trường đã chọn (Giai đoạn 2) cho phép xếp loại tương đối với các polyme khác được đánh giá dưới các điều kiện môi trường tương tự với tiêu chuẩn này. Mức độ và thời gian phân hủy sinh học phải phù hợp với các phương pháp tiêu chuẩn, và phần tồn dư bất kỳ thu được từ giai đoạn oxy hóa trung gian và từ quá trình phân hủy sinh học phải được đánh giá là không gây hại cho môi trường và không bền vững (Giai đoạn 3).

CHÚ THÍCH 1  Mục đích của tiêu chuẩn này là so sánh và xếp loại các dữ liệu nhằm hỗ trợ việc thiết kế và phát triển cũng như sự giảm thiểu các tác động đến môi trường của các polyme yêu cầu thời gian không quá 24 tháng để oxy hóa và phân hủy sinh học trong mục đích sử dụng và các lựa chọn thải bỏ được dự kiến và tạo ra các phần tồn dư không có hại hoặc không bền vững dưới các điều kiện thải bỏ thích hợp (ví dụ, các điều kiện trong đất trồng giữa hai mùa vụ).

1.6  Lưu ý rằng các kết quả của quá trình cho tiếp xúc trong phòng thí nghiệm bất kỳ theo tiêu chuẩn này không thể ngoại suy trực tiếp đến các môi trường thải bỏ trong thực tế; đối với tất cả các tiêu chuẩn ASTM, các kết quả thử nghiệm phải được xác nhận trong thực tế.

1.7  Các giá trị được biểu thị theo hệ đơn vị SI

CHÚ THÍCH 2  Không có tiêu chuẩn quốc tế tương đương với tiêu chuẩn này.

1.8  Tiêu chuẩn này không đề cập đến các quy tắc an toàn khi áp dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn phải có trách nhiệm lập ra các quy định về an toàn và sức khỏe thích hợp, đồng thời phải xác định khả năng áp dụng các quy định đó

2  Tài liệu viện dẫn

2.1  Tiêu chuẩn ASTM

D 883, Terminology relating to plastics (Thuật ngữ liên quan đến chất dẻo).

D 3826, Practice for determining degradation end point in degradable polyethylene and polypropylene using a tensile test (Phương pháp xác định điểm phân hủy cuối trong polyetylen và polypropylen có khả năng phân hủy bằng phép thử kéo).

D 3987, Practice for shake extraction of solid waste with water (Phương pháp chiết lắc chất thải rắn bằng nước).

D 5071, Practice for exposure of photodegradable plastics in a xenon arc apparatus (Phương pháp cho tiếp xúc chất dẻo có khả năng phân hủy quang học trong thiết bị đèn xenon).

D 5208, Practice for fluorescent ultraviolet (UV) exposure of photodegradable plastics (Phương pháp cho tiếp xúc chất dẻo có khả năng phân hủy quang học dưới tia cực tím).

D 5272, Practice for outdoor exposure testing of photodegradable plastics (Phương pháp thử cho tiếp xúc chất dẻo có khả năng phân hủy quang học ngoài trời).

D 5338, Test method for determining aerobic biodegradation of plastic materials under controlled composting conditions, incorporating thermophilic temperatures (Phương pháp xác định sự phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo dưới điều kiện tạo compost có kiểm soát, kết hợp các nhiệt độ).

D 5510, Practice for heat aging oxidatively degradable plastics (Hướng dẫn lão hóa nhiệt chất dẻo có khả năng phân hủy oxy hóa).

D 5526, Test method for determining anaerobic biodegradation of plastic materials under accelerated landfill conditions (Phương pháp xác định sự phân hủy sinh học kỵ khí của vật liệu chất dẻo dưới điều kiện bãi chôn lấp được đẩy nhanh).

D 5951, Practice for preparing residual solids obtained after biodegradability standard methods for plastics in solid waste for toxicity and compost quality testing (Phương pháp chuẩn bị chất rắn tồn dư thu được sau phép thử khả năng, phân hủy sinh học đối với chất dẻo có trong chất thải rắn để thử độc tính, và chất lượng của compost).

D 5988, Test method for determining aerobic biodegradation of plastic materials in soil (Phương pháp xác định sự phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo trong đất).

D 6002, Guide for assessing the compostability of enviromentaily degradable plastics (Phương pháp đánh giá khả năng tạo compost của chất dẻo có khả năng phân hủy trong môi trường).

D 6400, Specification for labeling of plastics designed to be aerobically composted in municipal or industrial facilities (Yêu cầu ghi nhãn cho chất dẻo được phân loại là có khả năng tạo compost hiếu khí trong bãi xử lý chất thải đô thị và công nghiệp).

E 1440, Guide for acute toxicity test with the rotifer brachionus (Hướng dẫn thử độc tính cấp tính với luân trùng bánh xe).

2.2  Tiêu chuẩn khác

EPA TITLE 40 CFA 40CFR62, 40CFR50-189, 40CFR260-299, 40CFR300-399, 700-799, và 49CFR100-180

OECD Guideline 207 Earthworm, Acute Toxicity tests (Phương pháp 207 Thử độc tính cấp tính với giun đốt)

OECD Guideline 208 Terrestrial Plant, Growth Test (Phương pháp 208 Thử sự phát triển của thực vật)

ORCA Guideline for the evaluation of feedstock for source separated biowaste composting and biogasification (Phương pháp đánh giá nguyên liệu cấp cho nguồn tạo compost và biogas).

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này, áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong ASTM D 883 và ASTM D 6002 và các thuật ngữ, định nghĩa sau đây.

3.1

Sự phân hủy của chất dẻo trong môi trường (environmental degradation of a plastic)

Quá trình phân hủy không sinh học hoặc phân hủy sinh học hoặc kết hợp cả hai, xảy ra trong một môi trường nhất định và bao gồm quá trình phân hủy quang học, oxy hóa, thủy phân và phân hủy sinh học. Các vi khuẩn sống tác động đến các quá trình phân hủy sinh học và phân hủy không sinh học về bản chất không mang tính sinh học.

3.2

gel (gel)

Cấu trúc polyme liên kết ngang không tan trong các dung môi mà không phá vỡ các liên kết ban đầu hoặc liên kết ngang của polyme. Các liên kết ngang được hình thành trong quá trình phân hủy oxo-bio của polyme là các liên kết hóa học được hình thành bởi quá trình phân hủy, hầu hết là các liên kết cacbon-cacbon, do đó rất bền với sự phân hủy dung môi.

3.3

Sự oxy hóa (oxidation)

Quá trình được thúc đẩy bởi nhiệt hoặc ánh sáng khi có mặt của oxy.

4  Tóm tắt

4.1  Tiêu chuẩn này có thể được sử dụng đã so sánh và xếp loại tốc độ và mức độ phân hủy oxy hóa nhiệt của một vật liệu chất dẻo có khoảng khối lượng phân tử có thể chứng minh được là có khả năng phân hủy sinh học trong môi trường được lựa chọn. Sau đó sự phân hủy sinh học của các polyme đã phân hủy này trong các môi trường khác nhau, như đất, compost, bãi chôn lấp và nước có thể được so sánh và xếp loại bằng cách sử dụng các phương pháp thử đo sinh học tiêu chuẩn và xác định cacbon dioxit sinh ra.

CHÚ THÍCH 3  Nếu quá trình tạo compost là quá trình thải bỏ được chỉ định thì tiêu chuẩn ASTM D 6400 là quy định duy nhất có thể được áp dụng đầy đủ để xác định sự phân hủy sinh học hoặc khả năng tạo compost. Quá trình phân hủy sinh học theo sau quá trình oxy hóa dưới các điều kiện của tiêu chuẩn này không xác nhận sự chỉ định “có thể tạo compost” hoặc suy luận bất kỳ về việc các ứng dụng này phù hợp đối với quá trình tạo compost trong một cơ sở chế biến compost thương mại hoặc đô thi.

4.2  Tiêu chuẩn này tiếp cận theo giai đoạn để đánh giá quá trình oxy hóa và phân hủy sinh học nối tiếp nhau của sản phẩm chất dẻo và các tác động sinh thái trong các ứng dụng cụ thể. Các giai đoạn này được đưa ra trong sơ đồ nêu tại Điều 6. Mỗi giai đoạn trong tiêu chuẩn này bao gồm phần mục tiêu và phần tóm lược các phương pháp thử, nguyên tắc của phương pháp, thời gian thử và giải thích các kết quả.

4.3  Cách tiếp cận theo giai đoạn trong phòng thí nghiệm nhằm tạo thuận tiện cho việc phân định các giai đoạn phân hủy oxy hóa, phân hủy sinh học và tác động sinh thái học, mặc dù trong thực tế cả ba giai đoạn này thường xảy ra đồng thời thay vì lần lượt.

4.4  Phương pháp luận phân theo giai đoạn

4.4.1  Giai đoạn 1 xác định tốc độ và mức độ suy giảm khối lượng phân tử gây ra bởi quá trình oxy hóa được biểu thị dưới dạng suy giảm các tính chất lý học gây ra bởi quá trình oxy hóa. Giai đoạn 1 yêu cầu hoặc thử nghiệm được gia tốc hoặc thử nghiệm dài hạn trong một khoảng độ ẩm hoặc hàm lượng ẩm tương đối. Thử nghiệm gia tốc phải được thực hiện dưới các điều kiện và nhiệt độ có thể chấp nhận được đối với ứng dụng và các môi trường thải bỏ cụ thể được xem xét đến. Các tiêu chuẩn ASTM D 5208, ASTM D 5510 và ASTM D 5071 có thể được sử dụng để quy định các điều kiện oxy hóa và ASTM D 3826 được sử dụng để xác định điểm đứt gãy.

CHÚ THÍCH 4  Đối với việc xác định mức độ phân rã/phân mảnh phải sử dụng phép thử sàng lọc. Trong giai đoạn này, các phân mảnh được phân tích khối lượng phân tử và thu được một cân bằng khối lượng tổng trong quá trình này. Nhiệt độ tiếp xúc có thể nằm trong khoảng từ 20 °C đến 70 °C khi có mặt của không khí và độ ẩm hoặc lượng nước được quy định đối với khoảng thời gian được chọn. Ít nhất phải có một giá trị nhiệt độ gần với nhiệt độ cuối hoặc nhiệt độ thải bỏ, nhưng không được cao hơn 20 °C so với nhiệt độ được lấy ra. Nhiệt độ này cũng phải được thiết lập sao cho polyme không trải qua quá trình chuyển pha, ví dụ như nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg) nằm trong khoảng nhiệt độ thử nghiệm, có thể sử dụng quy trình phân hủy khác thay thế, các mẫu thử có thể được tiếp xúc với quá trình oxy hóa quang trong không khí theo ASTM D 5208 hoặc ASTM D 5071 và sau khi cho tiếp xúc, ghi lại sự thay đổi khối lượng của chất dẻo.

4.4.2  Các phép thử oxy hóa được gia tốc trong Giai đoạn 1 không phải là chỉ thị về khả năng phân hủy sinh học và không được sử dụng đối với mục đích đáp ứng các yêu cầu được nêu trong tiêu chuẩn ASTM D 6400 và cũng không được sử dụng để khẳng định khả năng tạo compost hoặc phân hủy sinh học trong quá trình tạo compost. Nếu quá trình oxy hóa được đẩy nhanh trong Giai đoạn 1 thì coi như quá trình tạo compost có thể là một mỗi trường thải bỏ và khi đó có thể thực hiện theo ASTM D 6400 và tất cả các yêu cầu trong Điều 6 (các yêu cầu chi tiết) phải được đáp ứng.

4.5  Quá trình tạo gel và các sản phẩm của quá trình oxy hóa – Bàn luận:

4.5.1  Quá trình tạo gel là phản ứng phụ thường xảy ra trong quá trình phân hủy oxy hóa các polyme, đặc biệt đối với các polyolefin. Gel có cấu trúc khâu mạch được tạo thành bởi các gốc tự do của quá trình phân hủy oxy hóa, Gel không hòa tan trong các dung môi không phản ứng, là các dung môi không phá vỡ các liên kết bổ sung. Thông thường, gel không có khả năng phân hủy sinh học. Một số loại gel hòa tan trong giai đoạn phân hữy oxy hóa tiếp theo và trở thành có khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn. Tuy nhiên, chất oxy hóa (xúc tác) có thể được loại ra khỏi cấu trúc gel do các thay đổi khả năng hòa tan trong pha gel. Trong trường hợp này, gel trở thành một phần mới không phân hủy được hoặc phân hủy rất chậm trong polyme. Quan trọng là phải thiết lập được mức độ tạo gel và bản chất hoặc tính bền của chúng trong phần tồn dư polyme và ghi lại kết quả tìm được.

4.5.2  Mục đích của Giai đoạn 2 là dự đoán khả năng phân hủy sinh học của tất cả các sản phẩm tạo thành từ Giai đoạn 1 dưới các điều kiện của phòng thí nghiệm tương ứng với ứng dụng được sử dụng trong ASTM D 5988 và ASTMD 5338. Toàn bộ vật liệu từ Giai đoạn 1 được thử khả năng phân hủy sinh học. Phần trăm phân hủy sinh học phải được tính toán và báo cáo theo quy định trong các tiêu chuẩn viện dẫn ở trên. Kết hợp các kết quả của Giai đoạn 1 và Giai đoạn 2 với nhau để so sánh và xếp loại các polyme.

4.5.3  Giai đoạn 3 bao gồm việc xem xét về tác động sinh thái trong môi trường thải bỏ sau cùng, ví dụ như đất, như trong tất cả các phương pháp thử phân hủy sinh học, mà về cơ bản là sự so sánh của môi trường thử trước và sau khi oxy hóa và phân hủy sinh học.

5  Ý nghĩa và sử dụng

5.1  Tiêu chuẩn này là một tập hợp liên tiếp các phương pháp thử chuẩn và các hướng dẫn hiện hành, không liên quan đến nhau, sử dụng cho quá trình oxy hóa và phân hủy sinh học của chất dẻo, để so sánh và xếp loại tốc độ phân hủy tổng thể của chất dẻo trong môi trường mà ở đó yêu cầu phải có quá trình oxy hóa nhiệt hoặc oxy hóa quang để bắt đầu quá trình phân hủy. Mỗi giai đoạn phân hủy được đánh giá độc lập để từ đó có được đánh giá kết hợp đặc tính với môi trường của polyme dưới điều kiện thử nghiệm được kiểm soát. Điều này có thể là đánh giá ở mức độ phòng thử nghiệm về tính năng thải bỏ của chúng trong đất, compost, bãi chôn lấp và nước và đối với việc sử dụng trong các sản phẩm nông nghiệp như màng phủ mà không gây tác động xấu đến môi trường đó.

CHÚ THÍCH 5  Để xác định tốc độ phân hủy sinh học dưới các điều kiện tạo compost, áp dụng ASTM D 6400 bao gồm cả các phương pháp thử và các điều kiện được quy định.

5.2  Mối liên hệ giữa các kết quả thu được theo tiêu chuẩn này với các môi trường thải bỏ trong thực tế (ví dụ, các màng phủ dùng trong nông nghiệp, cơ sở chế biến compost, hoặc bãi chôn lấp) vẫn chưa được xác định, và như vậy các kết quả thu được chỉ được sử dụng với mục đích so sánh và xếp loại.

5.3  Các kết quả cho tiếp xúc trong phòng thí nghiệm không thể được ngoại suy trực tiếp để dự đoán tốc độ phân hủy hoàn toàn bởi môi trường đó vì yếu tố gia tốc phụ thuộc vào vật liệu và có thể khác nhau nhiều đối với từng loại vật liệu cũng như với từng công thức khác nhau của cùng một loại vật liệu. Tuy nhiên, cho tiếp xúc một vật liệu tương tự đã biết tính năng ngoài trời và một mẫu so sánh trong cùng thời gian tiếp xúc như với mẫu thử sẽ cho phép so sánh được tính bền của mẫu so sánh đó dưới các điều kiện của phép thử.

6  Cách tiến hành

6.1  Mẫu thử được lựa chọn phải có độ dày giống như trong ứng dụng.

6.2  Quy trình thử theo giai đoạn được biểu thị dưới dạng sơ đồ như trong Hình 1.

Hình 1 – Sơ đồ khối của tiêu chuẩn.

6.3  Trong Giai đoạn 1, mẫu thử được cho tiếp xúc ở các nhiệt độ riêng rẽ khác nhau trong khoảng từ 20 °C đến 70 °C (nhiệt độ trong khoảng này phải chênh lệch trong giới hạn 20 °C so với nhiệt độ cuối) khi có mặt lượng không khí quy định và hàm lượng ẩm hoặc lượng nước quy định trong khoảng thời gian xác định, sử dụng thiết bị và cách tính toán nêu trong ASTM D 5510. Khoảng nhiệt độ quy định trong ASTM D 5510, Điều 8.3.1 và 8.3.4 không phù hợp với tiêu chuẩn này và không phải áp dụng theo. Đối với các màng mỏng, thời gian cho tiếp xúc phải là thời gian cần thiết để đạt được độ giãn dài khi đứt nhỏ hớn hoặc bằng 5 % (ASTM D 3826) và các màng đã bị phân rã phải có khối lượng phân tử trung bình (MW) nhỏ hơn hoặc bằng 5000. Phải thiết lập được thời gian tại ba nhiệt độ khác nhau (với các dự báo đã được đề cập) cần thiết đối với sự suy giảm khối lượng phân tử.

6.3.1  Một mẫu thu được từ phần tồn dư trong Giai đoạn 1 phải được hòa tan trong một dung môi không phản ứng thích hợp; pha gel, nếu có phải lọc tách riêng phần gel đã khô và hàm lượng gel phải được báo cáo dưới dạng phần khối lượng của mẫu tổng. Gel này được coi là phần không phân hủy của polyme.

6.3.2  Gel này có thể được phân hủy oxy hóa tiếp và mức độ trở thành vật liệu có thể hòa tan và phân hủy tiếp theo phải được báo cáo.

6.3.3  Lượng gel chấp nhận được tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và phần trăm khối lượng gel chấp nhận được tối đa được ghi vào trong các yêu cầu đối với từng mục đích sử dụng.

CHÚ THÍCH 6  Vì là một hướng dẫn chung nên phần khối lượng gel nhỏ hơn 5 % được chấp nhận (hàm lượng được chọn chưa có căn cứ khoa học). Rõ ràng rằng một lượng gel lớn; bằng hoặc nhiều hơn 30 % có thể ngăn cản hệ thống sinh ra được 60 % lượng CO₂. Tuy nhiên, hàm lượng trung bình, ví dụ phần tồn dư có 20 % gel thì vẫn có thể đảm bảo sinh ra tổng lượng là 60 % do sinh ra nhiều hơn 80 % CO₂ từ các phân mảnh dài và phân đoạn gel không sinh ra CO₂.

6.4  Trong Giai đoạn 1, xác định sự mất mát khối lượng của mẫu thử. Khối lượng phân tử và chỉ số đa phân tán hoặc độ giãn dài khi đứt (ASTM D 3826) của mẫu thử trước và sau khi cho tiếp xúc phải được xác định và ghi lại, cùng với % gel.

6.5  Tất cả các phần tồn dư đã phân mảnh trong Giai đoạn 1 phải được thu hồi và đưa vào thử nghiệm ở Giai đoạn 2 để xác định tốc độ và mức độ phân hủy sinh học trong môi trường sử dụng hoặc thải bỏ được chọn.

6.6  Trong Giai đoạn 2, sau khi mẫu thử được cho tiếp xúc trong quá trình phân hủy không sinh học như mô tả trong Giai đoạn 1 thì toàn bộ vật liệu thử phải được xác định khả năng phân hủy sinh học theo các phương pháp đối với các môi trường thích hợp theo ASTM D 5988, ASTM D 5338 và ASTM D 5526. Mô tả theo thời gian lượng cacbon dioxit sinh ra và thời gian để đạt đến ngưỡng thích hợp được ghi lại.

6.6.1  Đối với các sản phẩm chỉ có một loại polyme (homopolyme hoặc copolyme ngẫu nhiên), 60 % cacbon hữu cơ phải chuyển hóa thành cacbon dioxit trước khi kết thúc phép thử và hàm lượng gel tạo thành trong Giai đoạn 1 không được lớn hơn 10 %.

CHÚ THÍCH 7  Thử nghiệm có thể tiếp tục để xác định chính xác hơn khoảng thời gian mà vật liệu sẽ phân hủy sinh học.

6.6.2  Đối với sản phẩm có chứa nhiều hơn một polyme (copolyme khối, copolyme ghép đoạn, tổ hợp hoặc có bổ sung phụ gia khối lượng phân tử thấp) thì 90 % cacbon hữu cơ phải chuyển hóa thành cacbon dioxit trước khi kết thúc phép thử.

6.6.3  Một cách khác là có thể sử dụng kết quả sinh ra 90 % cacbon dioxit để chứng minh rằng lượng gel được tạo thành không quá nhiều.

6.7  Giai đoạn 3 là quy định cuối, trong đó tập trung vào việc phân tích sau phân hủy, sau khi hoàn thành phép thử trong Giai đoạn 2.

6.8  Các phương pháp tiêu chuẩn dùng để xác định sự phân hủy sinh học của chất dẻo mô phỏng hệ thống xử lý chất thải rắn đã được xây dựng. Bên cạnh việc xác định tốc độ và mức độ phân hủy sinh học thì tác động của chất dẻo đã phân hủy sinh học đến chất lượng của compost, đất, và nước là rất quan trọng, đặc biệt là các chất độc có trong các chất dẻo còn lại có thể tồn tại trong sản phẩm cuối, trong đất hoặc nước. Do vậy, cần phải xác định các ảnh hưởng độc hại của các chất dẻo còn lại cũng như tác động đến chất lượng đất để đánh giá tính an toàn của quá trình phân hủy sinh học hiếu khí hoặc yếm khí.

6.9  Tiêu chuẩn ASTM D 5951 đưa ra hướng dẫn để chuẩn bị các chất rắn còn lại từ các phép thử mô phỏng các điều kiện phân hủy vật liệu rắn để xác định độc tính tiếp theo quá trình thử phân hủy sinh học hoặc thử compost. Sơ lược quá trình này như sau:

6.9.1  Sau khi phân hủy sinh học trong môi trường được chọn, lấy phần rắn tồn dư và trộn đều vào từng bình. Hỗn hợp đồng thể thu được phải có hàm lượng ẩm và ngoại quan đồng đều. Lặp lại quy trình tương tự đối với bình đối chứng dương và bình mẫu trắng.

6.9.2  Lấy ba phần mẫu nhỏ từ hỗn hợp đồng thể này mà trong đó hàm lượng chất rắn khô được xác định theo phương pháp APHA 2540E.

6.9.3  Phần hỗn hợp còn lại được sấy khô tại nhiệt độ từ 20 °C đến 40 °C cho đến khi hàm lượng chất rắn khô đạt được (65 ± 2) %. Hàm lượng chất rắn khô được xác định sau khi sấy khô.

6.9.4  Hỗn hợp đã sấy khô được lưu trữ tối đa bốn tuần ở nhiệt độ 4 °C. Hỗn hợp này phải được mở thoáng hàng tuần để ngăn cản sự tích lũy axit trong hỗn hợp sinh ra bởi các điều kiện kỵ khí.

6.9.5  Đối với các phép thử độc tính trong đất và xác định sự phân hủy sinh học tiếp tục của vật liệu chất dẻo trong đất, sử dụng hỗn hợp sấy khô cuối cùng có hàm lượng chất rắn khô đạt 65 %. Đối với phép thử độc tính trong nước, tiến hành chiết theo ASTM D 3987.

6.9.6  Một số phương pháp đã được xây dựng để xác định ảnh hưởng của độc học. Có sự khác biệt giữa phép thử độc tính trong nước và độc tính trong đất. Các phép thử độc tính trong nước và trong đất sau đây được đề xuất để thu được bằng chứng liên quan về các ảnh hưởng đến cây trồng và sinh vật. Ngoài ra, cũng phải tuân theo các quy định của quốc gia, khu vực và địa phương. Vật liệu thử với đất hoặc nước phải được đánh giá trước và sau khi thử phân hủy oxo-bio trong Giai đoạn 2; hàm lượng kim loại nặng và các chất khác phải được xác định trực tiếp trên vật liệu thử trước khi phân hủy để chứng minh nồng độ của chúng nằm trong giới hạn chấp nhận được dựa trên danh mục các vật liệu độc được Ủy ban bảo vệ môi trường liệt kê trong 40CFR62, 40CFR150-189, 40CFR260-299, 40CFR300-399, 700-799 hoặc 49CFR100-180. Cuối cùng vật liệu thử đất hoặc nước phải được đánh giá trước và theo phép thử phân hủy oxo-bio với giá trị pH lớn hơn hai đơn vị hoặc sự thay đổi về khả năng giữ và thấm nước của đất lớn hơn 30 %.

6.9.7  Phép thử độc tính với nước bằng Luân trùng bánh xe tuân theo Guide F1440. Thời gian thử là một ngày.

6.9.8  Sự nảy mầm của hạt – Tác động tiềm ẩn của vật liệu đến sự nảy mầm của hạt có thể được đánh giá bằng thử nghiệm với hạt cải. Bước này có thể có giá trị đặc biệt đối với việc sàng lọc các phụ gia gia công được sử dụng trong chất dẻo với lượng nhỏ hơn hoặc bằng 1 %. Đất lấy từ phép thử phân hủy sinh học ở trên có thể được đánh giá khi bắt đầu và kết thúc phép thử để thiết lập ảnh hưởng tiềm ẩn của các sản phẩm phân hủy sinh học. Trong phép thử với cây cải, đất được chiết bằng nước và được lọc. Các phần nổi phía trên mặt được sử dụng cho phép thử nảy mầm. Chuẩn bị các phần pha loãng của phần nổi phía trên và các phần nước được cho vào đĩa Petri có lót giấy lọc. Hạt cải được đặt trên tờ giấy ướt này và để cho nảy mầm trong bóng tối với thời gian bốn ngày ở nhiệt độ thường. Sau bốn ngày, phần trăm hạt nảy mầm được xác định và được so sánh với một mẫu nước so sánh. Đất có chứa vật liệu thử không được khác nhiều so với mẫu đất trắng ở độ tin cậy 95 %.

6.9.9  Phép thử sự phát triển của thực vật theo hướng dẫn OECD 208 – Quy trình này xác định độc tính bằng cách trộn compost có chứa vật liệu thử với đất. Đánh giá sự nảy mầm và phát triển của thực vật. Tiến hành thử chung ba loại thực vật. Thời gian thử khoảng một tháng. Các kết quả thu được từ vật liệu đất đã phân hủy sinh học được so sánh với mẫu đất so sánh.

6.9.10  Phép thử với giun đất theo hướng dẫn OECD 207 – Quy trình này xác định độc tính bằng cách trộn vật liệu đã phân hủy sinh học với đất quy định. Sự thay đổi trọng lượng và sống sót của giun đất được đánh giá. Các kết quả thu được từ đất thử có chứa vật liệu được so sánh với mẫu đất so sánh.

7  Báo cáo thử nghiệm

7.1  Các phần báo cáo phải rõ ràng và bao gồm các ứng dụng và môi trường thải bỏ thực tế đề xuất mà vật liệu chất dẻo được cho tiếp xúc và tuổi thọ đã biết.

7.2  Giai đoạn 1 – Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm:

7.2.1  Loại nhựa và tên gọi thương mại của chế phẩm phụ gia hoặc phần trăm nồng độ xúc tác

CHÚ THÍCH 8  Việc nhận diện mẫu thử phải đầy đủ để thông tin đến cho người sử dụng nhận dạng thương mại của chế phẩm và của phụ gia và tính sẵn có trên thị trường.

7.2.2  Môi trường hoặc không gian thải bỏ dự kiến của chất dẻo phải được chỉ ra cùng với tuổi thọ dự đoán trước.

7.2.3  Các điều kiện cho tiếp xúc như nhiệt độ, thời gian, độ ẩm, và nồng độ oxy

7.2.4  Điều kiện cho tiếp xúc và thời gian phơi với bức xạ (kJ/m².mm ở 340 nm), nếu thực hiện.

7.2.5  Khối lượng phân tử và chỉ số đa phát tán, độ giãn dài khi đứt và phần trăm gel của mẫu thử trước và sau khi cho tiếp xúc sinh học với thời gian cho trước.

7.2.6  Hoàn thành các cân bằng khối lượng để báo cáo

7.3  Giai đoạn 2 – Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm:

7.3.1  Mức độ phân hủy sinh học (sự tạo thành cacbon dioxit đến giai đoạn ổn định theo từng tiêu chuẩn) và được biểu thị bằng phần trăm của tổng cân bằng cacbon theo lý thuyết.

7.3.2  Phần trăm gel hoặc phần không phân hủy khác

7.3.3  Các chất bay hơi sinh ra bởi quá trình oxy hóa

7.3.4  Nhiệt độ và độ ẩm

7.3.5  Việc bổ sung chất cấy và độ ẩm và thời điểm cho thêm hoặc bất kỳ quy trình trộn bổ sung nào

7.4  Dữ liệu thu được từ Giai đoạn 1 được kết hợp với dữ liệu thu được từ Giai đoạn 2 được dùng để so sánh và xếp loại các polyme được thử

7.5  Giai đoạn 3 – Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm:

7.5.1  Mô tả chi tiết việc chuẩn bị vật liệu để thử

7.5.2  Phép thử đặc thù được tiến hành theo mô tả trong 6.9 với nhấn mạnh đặc biệt về các ảnh hưởng có hại của đất hoặc phụ gia nước.

7.5.3  Nồng độ kim loại thông thường, pH và khả năng giữ và thấm nước trước và sau phép thử phân hủy oxo-bio.

Thư mục tài liệu tham khảo

1) Arnaud, R., Dabin, P., Lemaire, J., Al-Malaika, S., Chohan, S., et al, “Photodegradation and Biodegradation of Commercial Photodegradable Polyethylenes” Polym.Degrad.Stab., Vol 46, 1994, pp.211-224.

2) Chiellini, E., Corti, A., and Swift, g., “Biodegradation of Thermally-Oxidized Fragmented LDPE Samples” Polym.Degrad.Stab., Vol 81, 2003, pp.341-351.

3) Grassie, N. and Scott, G., Polymer Degradation and Stabilization, Cambridge University Press, Cambridge, 1985.

4) Jakubowicz, I., “Evaluation of Degradability of Biodegradable Polyethylene” Polym.Degrad.Stab., Vol 80, 2003, pp.39-43.

5) Schuurmann, G., and Market, B., Ecotoxicology- Ecological Fundamentals, Chemical Exposure, and Biological Effects, ISBN 0-471-17644-3, John Wiley and Sons, New York, 1998.

6) Scott, G., “Abiotic Control of Polymer Biodegradation” Trends in Polymer Science, Vol 5, 1997, pp.361-368.

7) Scott, G., Atmospheric Oxidation and Antioxidants, Elsevier, Amsterdam, 1965.

8) Scott, G. and Gilead, D., Eds., Degradable Polymers: Principles and Applications, 1^st Edition, Chapmand and Hall, London, 1995.

9) Scott, G., Ed., Degradable Polymes: Principles and Applications, 2 ^nd Edition, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2002.

10) Stevens, E., Green Plastics: An Introduction to the New Science of Biodegradable Plastics, Princeton University Press, Princeton, NJ, November 2001.