Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Washington ở St. Louis (Mỹ) vừa công bố vật liệu nhựa sinh học mới có tên LEAFF – viết tắt của cụm từ “Lá sinh học nhiều lớp tiên tiến”. Vật liệu này được chế tạo theo cấu trúc mô phỏng lá cây, trong đó lớp lõi là sợi nano cellulose, được bao bọc hai bên bằng lớp nhựa PLA (axit polylactic).

Cấu trúc ba lớp này giúp tăng độ bền kéo, độ dai, khả năng chống thấm nước và khả năng in ấn, đồng thời cho phép vật liệu tự phân hủy trong điều kiện tự nhiên mà không cần thiết bị ủ công nghiệp.

LEAFF có khả năng chịu lực kéo tốt hơn nhiều so với các vật liệu nhựa phổ biến hiện nay như polyethylene (PE) hay polypropylene (PP). Trong các thử nghiệm cơ học, màng LEAFF cho thấy độ bền gấp đôi so với PLA đơn thuần và vượt xa các loại nhựa sinh học thương mại khác. Ngoài ra, loại vật liệu này còn có khả năng kháng ẩm, ngăn thấm khí, duy trì ổn định cơ học trong nhiều ngày ngoài môi trường và không bị biến dạng khi tiếp xúc với nước.

Điểm nổi bật của LEAFF nằm ở khả năng phân hủy sinh học ngay trong môi trường tự nhiên. Các loại nhựa PLA thông thường chỉ có thể phân hủy nhanh trong điều kiện ủ công nghiệp với nhiệt độ cao và độ ẩm kiểm soát. Tuy nhiên, khi được tích hợp lõi sợi nano cellulose và thiết kế lại theo kiểu cấu trúc sinh học đa lớp, LEAFF bắt đầu phân rã khi tiếp xúc với vi sinh vật trong đất hoặc nước mà không cần điều kiện xử lý đặc biệt. Sau khoảng hai tuần, vật liệu có thể giảm khối lượng đáng kể trong các môi trường giàu vi khuẩn như nước hồ hoặc đất ẩm.

Công trình cũng mở rộng khả năng sản xuất vật liệu bằng cách thử nghiệm nhiều nguồn sinh khối khác nhau. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng carbon dioxide, chất thải từ ngô, lignin (từ gỗ) và thức ăn thừa để tổng hợp polyme sinh học, thông qua hoạt động của vi khuẩn Pseudomonas putida. Loại vi khuẩn này có khả năng hấp thụ các hợp chất hữu cơ phức tạp và biến đổi chúng thành polyhydroxyalkanoate (PHA) hoặc polyhydroxybutyrate (PHB), hai loại nhựa sinh học có tiềm năng lớn về khả năng phân hủy và an toàn sinh học.

Ngoài PLA, LEAFF cũng được thử nghiệm kết hợp với PHB nhằm cải thiện thêm các đặc tính cơ lý của vật liệu. Khi kết hợp với lớp lõi cellulose, màng PHB ba lớp tạo ra vật liệu có độ mềm dẻo cao hơn nhưng vẫn giữ được khả năng phân rã hiệu quả. Đặc biệt, các biến thể này vẫn có thể được sản xuất theo quy trình ép đùn màng thông thường trong ngành bao bì.

Một ưu điểm khác của LEAFF là khả năng in trực tiếp thông tin lên bề mặt bằng mực sinh học mà không cần lớp phủ. Tính chất này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng bao bì thực phẩm, nhãn mác hoặc vật liệu đóng gói y tế, nơi yêu cầu cả tính kháng khuẩn và thân thiện với môi trường.

LEAFF hiện được xem là một trong những giải pháp kỹ thuật mới nhất nhằm thay thế vật liệu nhựa truyền thống trong các ứng dụng cần đến độ bền cao nhưng vẫn đảm bảo khả năng phân rã sinh học trong điều kiện bình thường.