Tiêu chuẩn TCVN 14371:2025 Chất dẻo - Đánh giá khả năng tự phân hủy sinh học của vật liệu phơi nhiễm với chất nhiễm biển trong điều kiện phòng thí nghiệm hiếu khí ôn hòa

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 14371:2025

ISO 22403:2020

CHẤT DẺO - ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ PHÂN HỦY SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU PHƠI NHIỄM VỚI CHẤT NHIỄM BIỂN TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM HIẾU KHÍ ÔN HÒA - PHƯƠNG PHÁP THỬ VÀ CÁC YÊU CẦU

Piastics - Assessment of the intrinsic biodegradability of materials exposed to marine inocula under mesophilic aerobic laboratory conditions - Test methods and requirements

Lời nói đầu

TCVN 14371:2025 hoàn toàn tương đương với ISO 22403:2020.

TCVN 14371:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC61 Chất dẻo biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Khả năng phân hủy sinh học (tức là mức độ phân hủy sinh học và tốc độ phân hủy sinh học) của một sản phẩm chất dẻo trong bất kỳ môi trường nào về cơ bản là kết quả của ba điều kiện:

a) Khả năng tự phân hủy sinh học (tức là tiềm năng) của vật liệu;

b) Bề mặt khả dụng và hình dạng của sản phẩm;

c) Các điều kiện môi trường chứa sản phẩm trong đó.

Khả năng tự phân hủy sinh học của vật liệu cho thấy cấu trúc hóa học dễ bị enzym tấn công để có thể cắt các liên kết hóa học của nó. Trong điều kiện hiếu khí (có mặt O ₂ ) quá trình phân hủy sinh học hoàn toàn của vật liệu chỉ dẫn đến sự hình thành CO ₂ , H ₂ O, muối khoáng và sinh khối.

Quá trình phân hủy sinh học của vật liệu chất dẻo thường là quá trình ăn mòn sinh học xảy ra tại liên diện giữa pha rắn và pha lỏng nơi vi khuẩn sinh sống. Đây là phản ứng không đồng nhất. Chính bề mặt kiểm soát tốc độ phân hủy sinh học chứ không phải nồng độ. Do đó, bề mặt khả dụng càng lớn thì tốc độ phân hủy sinh học càng nhanh.

Các điều kiện môi trường cũng quyết định tốc độ phân hủy sinh học. Nhiệt độ, điều kiện dinh dưỡng, độ pH và quần thể vi khuẩn hiện có ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học. Quá trình phân hủy sinh học có thể bị chậm lại hoặc thậm chí dừng lại nếu điều kiện môi trường không thuận lợi, ngay cả khi vật liệu có khả năng tự phân hủy sinh học và phân hủy sinh học hoàn toàn.

Tiêu chuẩn này chỉ xét đến điều kiện a) đã nêu ở trên.

Sự tồn tại của chất dẻo trong môi trường được coi là thông tin quan trọng, ô nhiễm biển do rác thải nhựa là một vấn đề nghiêm trọng cần được kiểm soát, không chỉ bằng các biện pháp ngăn ngừa sự phát tán như bắt buộc thu gom các vật dụng bằng chất dẻo được sử dụng trong môi trường biển và giáo dục về môi trường. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc phát tán chất dẻo (chất thải) là gần như không thể tránh khỏi. Ví dụ, chất dẻo được sử dụng để làm dụng cụ đánh bắt hải sản và các sản phẩm để nuôi cá, trai và hàu dễ bị bỏ lại hoặc thất lạc trên biển. Trong những trường hợp này, khả năng sử dụng các sản phẩm được làm bằng chất dẻo phân hủy sinh học có thể góp phần làm giảm rủi ro liên quan đến việc phát tán chất thải rắn. Để thiết kế sản phẩm phù hợp và để đánh giá tác động và rủi ro sự phát tán, điều quan trọng là phải biết liệu vật liệu chất dẻo có khả năng tự phân hủy sinh học khi tiếp xúc với chất nhiễm biển hay không.

CHẤT DẺO - ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ PHÂN HỦY SINH HỌC CỦA VẬT LIỆU PHƠI NHIỄM VỚI CHẤT NHIỄM BIỂN TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM HIẾU KHÍ ÔN HÒA - PHƯƠNG PHÁP THỬ VÀ CÁC YÊU CẦU

Piastics - Assessment of the intrinsic biodegradability of materials exposed to marine inocula under mesophilic aerobic laboratory conditions - Test methods and requirements

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp thử và tiêu chí để chỉ ra khả năng tự phân hủy sinh học trong môi trường biển của vật liệu chất dẻo nguyên sinh và polyme mà không cần phơi nhiễm với bất cứ môi trường nào trước đó hoặc xử lý sơ bộ.

Các phương pháp thử nghiệm áp dụng trong tiêu chuẩn này được thực hiện tại nhiệt độ nằm trong dải ôn hòa trong điều kiện hiếu khí và nhằm mục đích chứng minh khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn, tức là chuyển đổi thành cacbon dioxit, nước và sinh khối.

Tiêu chuẩn này không đánh giá các thành phần, chẳng hạn như kim loại được quy định hoặc các chất gây nguy hại cho môi trường, cũng không đánh giá các tác động độc tính sinh thái tiềm ẩn mà chỉ đánh giá khả năng tự phân hủy sinh học. Các khía cạnh này sẽ được xem xét trong một tiêu chuẩn riêng bao gồm tất cả các tác động môi trường của các sản phẩm được phát thải do cố ý hoặc vô tình vào môi trường biển.

Tiêu chuẩn này không đề cập đến tính năng của các sản phẩm được làm từ vật liệu chất dẻo phân hủy sinh học và polyme phân hủy sinh học. Thời gian sử dụng và tốc độ phân hủy sinh học trong môi trường biển của sản phẩm được làm bằng vật liệu chất dẻo phân hủy sinh học thường phụ thuộc vào độ dày, hình dạng và điều kiện môi trường cụ thể.

Mặc dù các kết quả có thể chỉ ra rằng vật liệu chất dẻo và polyme được thử nghiệm bị phân hủy sinh học ở các điều kiện thử nghiệm quy định với một tốc độ nhất định, nhưng kết quả phơi mẫu trong phòng thí nghiệm đều không thể được ngoại suy trực tiếp sang môi trường biển tại thực địa đang sử dụng hoặc bị rò rỉ.

Tiêu chuẩn này không áp dụng cho công bố “khả năng phân hủy trong môi trường biển” của vật liệu chất dẻo phân hủy sinh học. Đối với mục đích này, xem các tiêu chuẩn về sản phẩm có liên quan, nếu có.

Sơ đồ thử nghiệm được trình bày trong tiêu chuẩn này không cung cấp đủ thông tin để xác định tốc độ phân hủy sinh học đặc trưng (tức là tốc độ trên diện tích bề mặt khả dụng) của vật liệu đang được thử nghiệm. Đối với mục đích này, xem các tiêu chuẩn có liên quan về tốc độ phân hủy sinh học đặc trưng, nếu có.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 13152 (ISO 10210), Chất dẻo - Phương pháp chuẩn bị mẫu để thử nghiệm phân hủy sinh học

ISO 18830, Plastics - Determination of aerobic biodegradation of non-floating plastic materials in a seawater/sandy sediment interface - Method by measuring the oxygen demand in closed respirometer (Chất dẻo - Xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo chìm trong giao diện nước biển/bùn cát - Phương pháp đo nhu cầu oxy trong máy đo hô hấp kín)

ISO 19679, Plastics - Determination of aerobic biodegradation of non-floating plastic materials in a seawater/sandy sediment interface - Method by analysis of evolved carbon dioxide (Chất dẻo - Xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo chìm trong giao diện nước biển/bùn cát - Phương pháp phân tích cacbon dioxit sinh ra)

ISO 22404, Plastics - Determination of the aerobic biodegradation of non-floating materials exposed to marine sediment - Method by analysis of evolved carbon dioxide (Chất dẻo - Xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chìm tiếp xúc với trầm tích biển - Phương pháp phân tích cacbon dioxit sinh ra)

ISO 23977-1, Plastics - Determination of the aerobic biodegradation of plastic materials exposed to seawater - Part 1: Method by analysis of evolved carbon dioxide (Chất dẻo - Xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo tiếp xúc với nước biển - Phần 1: Phương pháp phân tích cacbon dioxit sinh ra)

ISO 23977-2, Plastics - Determination of the aerobic biodegradation of plastic materials exposed to seawater - Part 2: Method by measuring the oxygen demand in closed respirometer (Chất dẻo - Xác định khả năng phần hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo tiếp xúc với nước biển - Phần 2: Phương pháp đo nhu cầu oxy trong máy đo hô hấp kín)

ASTM D 6691-17, Standard Test Method for Determining Aerobic Biodegradation of Plastic Materials in the Marine Environment by a Defined Microbial Consortium or Natural Sea Water Inoculum (Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo trong môi trường biển bằng một nhóm vi sinh vật đã được xác định hoặc bằng nước biển tự nhiên)

3 Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

3.1

Khả năng tự phân hủy sinh học (intrinsic biodegradability)

Khả năng phân hủy sinh học của vật liệu polyme hoặc chất dẻo trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát.

3.2

Phân hủy sinh học hoàn toàn (ultimate biodegradability)

Phân rã một hợp chất hóa học hữu cơ bằng các vi sinh vật khi có oxy, tạo thành cacbon dioxit, nước và muối khoáng của các nguyên tố bất kỳ (quá trình khoáng hóa) và các sinh khối mới hoặc bằng các vi sinh vật khi không có oxy, tạo thành cacbon dioxit, metan, muối khoáng và các sinh khối mới.

[TCVN 12259:2018 (ISO 18606:2013), 3.5]

3.3

Thành phần (constituent)

Tất cả các vật liệu hoặc hóa chất tinh khiết mà tạo thành vật liệu polyme hoặc chất dẻo.

4 Các yêu cầu

4.1 Vật liệu thử

Vật liệu chất dẻo, polyme và thành phần hữu cơ được thử nghiệm theo dạng được quy định bởi phương pháp thử tiêu chuẩn áp dụng. Xem TCVN 13152 (ISO 10210) về chuẩn bị bột từ vật liệu chất dẻo nếu cần nghiền. Các mẫu thử không được xử lý sơ bộ (ví dụ như bằng nhiệt và hoặc phơi nhiễm với bức xạ) hoặc không được lão hóa tự nhiên.

4.2 Vật liệu quy chiếu (mẫu chuẩn)

Vật liệu quy chiếu phải là xenlulo (tức là xenlulo vi tinh thể hoặc giấy lọc xenlulo).

4.3 Đối chứng âm

Đối chứng âm được thử nghiệm song song với vật liệu thử nghiệm và vật liệu quy chiếu. Sử dụng polyetylen nguyên sinh làm đối chứng âm.

4.4 Phương pháp thử nghiệm khả năng phân hủy sinh học

Vật liệu chất dẻo, polyme hoặc từng thành phần hữu cơ riêng biệt sẽ được thử nghiệm cùng với vật liệu quy chiếu và đối chứng âm theo một trong các phương pháp thử nghiệm phân hủy sinh học trong môi trường biển sau: ISO 18830, ISO 19679, ISO 22404, ASTM D6691-17, ISO 23977-1, ISO 23977-2.

Thử nghiệm có thể kết thúc khi đạt đến giai đoạn ổn định. Theo hướng dẫn, giai đoạn ổn định được coi là đạt khi tốc độ phân hủy sinh học trung bình của vật liệu thử nghiệm nhỏ hơn 3 % tại ít nhất 3 điểm đo liên tiếp trong vòng 2 tháng. Sau một năm thử nghiệm, kiểm tra kỹ thiết bị giám sát các điều kiện thử nghiệm để đảm bảo các điều kiện đáng tin cậy trong thời gian dài. Thực hiện theo các hướng dẫn do các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn áp dụng cung cấp. Kết quả chỉ được xem xét nếu đáp ứng các tiêu chí hợp lệ của các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn đã chọn.

4.5 Các yêu cầu

Đối với toàn bộ vật liệu thử nghiệm hoặc từng thành phần riêng lẻ, cacbon hữu cơ phải khoáng hóa thành cacbon dioxit đạt ít nhất là 90 % hoặc cùng tỷ lệ với vật liệu quy chiếu trong vòng 2 năm. Trong tiêu chuẩn này, yêu cầu này đã được chứng minh nếu sự khoáng hóa so với vật liệu quy chiếu ít nhất 90 %. Cả vật liệu quy chiếu và mẫu thử phải được thử nghiệm trong cùng một khoảng thời gian và kết quả được so sánh tại cùng một thời điểm sau khi hoạt tính của cả hai đạt đến mức ổn định.

Đối với các thành phần hữu cơ có trong vật liệu ở nồng độ từ 1 % đến 15 % (theo khối lượng khô), mức độ phân hủy sinh học sẽ được xác định riêng. Các thành phần đó có thể dễ dàng phân hủy sinh học theo cách thử nghiệm phân hủy sinh học sẵn có theo hướng dẫn thử nghiệm của OECD (OECD 301, Phương pháp A đến Phương pháp F); OECD 310 được coi là có khả năng phân hủy sinh học trong phạm vi của tiêu chuẩn này.

Theo phương pháp khác, mức độ phân hủy sinh học của một thành phần hữu cơ có thể được xác định bằng cách sử dụng blend nhân tạo của cùng một vật liệu. Blend nhân tạo này phải bao gồm ít nhất 15 % thành phần hữu cơ tương ứng [theo hàm lượng cacbon hữu cơ tổng (TOC)]. Thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu phải giữ nguyên, nhưng lượng thành phần hữu cơ đang xem xét phải được tăng lên tối thiểu là 15 % [theo hàm lượng cacbon hữu cơ tổng (TOC)]. Blend nhân tạo phải được chế tạo theo cùng điều kiện gia công (ví dụ: đùn) tương tự như đã sử dụng để chế tạo vật liệu gốc có chứa ít hơn 15 % (theo khối lượng khô) của thành phần tương ứng. Trong trường hợp blend nhân tạo đáp ứng các tiêu chí nêu trên, thành phần sẽ được coi là có khả năng phân hủy sinh học trong phạm vi của tiêu chuẩn này. Thành phần đó có thể được sử dụng ở cùng nồng độ (15 %) hoặc thấp hơn (<15 %; theo khối lượng khô) trong vật liệu cũng chứa cùng đồng chất nền như vật liệu thử nghiệm.

CHÚ THÍCH 1: Mục tiêu của việc thử nghiệm blend nhân tạo là để xác minh hiệu ứng cộng tác dụng chứng minh một thành phần bị nghi ngờ có thể không phân hủy sinh học khi thử nghiệm riêng lẻ, trở thành có khả năng phân hủy sinh học khi kết hợp với một thành phần phân hủy sinh học khác của vật liệu.

CHÚ THÍCH 2: Nồng độ của thành phần trong blend nhân tạo được đặt ở mức tối thiểu là 15 % để tránh kết quả dương tính giả, vi theo lý thuyết, một vật liệu có, ví dụ, 10 % thành phần không phân hủy sinh học có thể vẫn đạt được mức độ phân hủy sinh học cần thiết (theo yêu cầu).

Các vật liệu và thành phần có nguồn gốc tự nhiên không biến tính hóa học (như gỗ, sợi gỗ, sợi bông, tinh bột, bột giấy, bã mía, sợi đay) được chấp nhận là có khả năng tự phân hủy sinh học mà không cần thử nghiệm.

Về nguyên tắc, kết quả phân hủy sinh học dương thu được bằng một trong các phương pháp thử nghiệm được nêu trong 4.4 là đủ để chứng minh rằng vật liệu thử nghiệm dễ bị phân hủy sinh học bởi các vi sinh vật biển. Một vật liệu thử nghiệm không đạt yêu cầu thử nghiệm không thể được tuyên bố là có khả năng tự phân hủy sinh học. Tuy nhiên, kết quả âm có thể là hệ quả của một chất nhiễm có quần thể vi khuẩn không hiệu quả về mặt định tính hoặc định lượng (hoặc cả hai). Do đó, không thể loại trừ khả năng vật liệu thử nghiệm có thể bị phân hủy sinh học nếu thử nghiệm được lặp lại bằng cách sử dụng chất nhiễm khác.

Các phương pháp thử trong phòng thí nghiệm nêu trên được thực hiện ở nhiệt độ tốt nhất là từ 15 °C đến 25 °C, nhưng không quá 28 °C.

CHÚ THÍCH 3: Khi nhiệt độ thử nghiệm cao hơn từ 20 °C đến 22 °C, sự đóng góp của vi khuẩn ưa lạnh vào quá trình phân hủy sinh học có thể bị suy giảm.

5 Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm ít nhất

- tất cả thông tin cần thiết để nhận diện vật liệu chất dẻo hoặc polyme được thử;

- các phương pháp thử được áp dụng, kết quả và liệu các yêu cầu quy định có được đáp ứng hay không;

- các phụ lục có báo cáo thử nghiệm cụ thể về các phương pháp thử nghiệm được áp dụng.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ISO 17088 ¹⁾ , Specification for compostable plastics

[2] TCVN 12259 (ISO 18606), Bao bì và môi trường - Tái chế hữu cơ

[3] OECD 301, OECD Guideline for testing of chemicals, section 3, degradation and accumulation, test No. 301: Ready biodegradability http://dx.doi.org/10,1787/2074577X

[4] OECD 310, OECD Guidelines for the testing of chemicals, section 3: Environmental fate and behaviour, test No. 310: Ready biodegradability - CO ₂ in sealed vessels (headspace test) https://doi.org/10.1787/9789264224506-en

1) Hiện nay trong hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia có TCVN 13114 Chất dẻo - Chất dẻo có khả năng tạo compost - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử được xây dựng trên cơ sở tham khảo ISO 17088:2012.