Ô nhiễm microplastic từ vật liệu dệt – vấn đề tưởng như vi mô nhưng tác động vĩ mô

Ô nhiễm ở mức độ kính hiển vi từ các sản phẩm dệt đã trở thành vấn đề toàn cầu. Microplastic là bất kỳ các hạt/các mảnh plastic có kích thước nhỏ hơn 5 mm. Gây ô nhiễm môi trường hàng ngày, microplastic có chứa hoặc mang các hóa chất nguy hại có tác động tiêu cực lên thiên nhiên và sức khỏe con người, nên việc tiêu hóa microplastic thông qua nước hoặc thức ăn như là cá hoặc nghêu sò, là mối lo ngại đặc biệt.

Một trong các nguồn chịu trách nhiệm cho giải phóng microplastic vào môi trường là giặt quần áo. Trong quá trình giặt, quần áo rụng ra các xơ microplastic li ti. Các hạt microplastic này không được máy giặt giữ lại mà cũng không lọc được trong quá trình gia công nước thải và kết quả là kết thúc ở các dòng sông hoặc đại dương. Một khi các hạt này đi vào môi trường thủy, chúng can thiệp vào chuỗi thức ăn, tạo nên các rủi ro dài hạn tiềm tàng cho các sinh vật sống và toàn bộ hệ sinh thái.

Với mối lo ngại ngày càng tăng trong các tổ chức chính phủ, các tổ chức phi chính phủ và người tiêu dùng về tác động của ngành thời trang lên môi trường thì việc ngành thực hiện hành động nghiêm túc chống lại ô nhiễm microplastic ngày càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.

Vào thời điểm bài báo này ra đời thì chưa có tiêu chuẩn của ngành hoặc các quy trình kỹ thuật chuyên xem xét lượng microplastic rụng ra từ quá trình giặt gia dụng. Eurofine Soflines & Leather đã phát triển một phương pháp để định lượng xơ rụng ra từ quần áo trong quá trình giặt gia dụng, và nhận diện được mối quan hệ giữa microplastic rơi ra và các thuộc tính chính của quần áo như là trọng lượng vải và thành phần xơ, như là một cách thức để hỗ trợ ngành thời trang hiểu rõ hơn vấn đề chính yếu này của ngành.

Microplastic là gì?

Việc giải phóng không có chủ ý microplastic vào nước sạch và nước đại dương toàn cầu là mối lo ngại cho sức khỏe con người và môi trường, và nhiều rủi ro tiềm tàng như là gây hại đến sinh sản, béo phì và làm tổn thương các cơ quan vẫn chưa được hiểu đầy đủ. 

Thuật ngữ microplastic (trong một số trường hợp sử dụng thuật ngữ ngắn gọn MP) là nói tới các hạt vật liệu polyme có kích thước nhỏ chưa tới 5 mm. Phụ thuộc vào nguồn gốc, các hạt microplastic được phân loại hoặc là miroplastic sơ cấp hay thứ cấp.

Microplastic sơ cấp là plastic được đưa trực tiếp vào môi trường dưới dạng các hạt nhỏ và được thêm có chủ ý vào sản phẩm, như là mỹ phẩm, gel tắm hoặc thuốc đánh răng; hoặc có nguồn gốc từ việc mài các vật thể plastic trong quá trình sản xuất, sử dụng hoặc bảo dưỡng, như là microplastic từ lốp xe hoặc quần áo trong sản xuất và quá trình giặt.

Microplastic thứ cấp có nguồn gốc sau khi thoái biến các vật thể polyme có kích thước lớn thành các mảnh plastic nhỏ hơn khi phơi ra môi trường. Quá trình này xảy ra dưới ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường như là thoái biến quang học, ô xy hóa, độ ẩm, nhiệt độ cực đoan v.v. Một số ví dụ về microplastic thứ cấp là các microplastic từ phế thải plastic, như là túi đi chợ, lưới đánh cá hoặc cốc nhựa.

Trong bài báo này, việc phân tích việc định lượng microplastic rụng ra là nói tới microplastic sơ cấp.

Các ảnh hưởng của microplastic lên đại dương và các môi trường nước khác

Plastic là vật liệu cực kỳ phổ biến trong đời sống hàng ngày của chúng ta do các ứng dụng và sử dụng đa năng. Tuy nhiên, một trong các tính chất của plastic nói chung là tốc độ thoái biến sinh học của nó rất chậm – nó có thể mất “nhiều thập kỷ” hoặc thậm chí hàng trăm năm để phân hủy”.

Theo một nghiên cứu, 35% microplastic sơ cấp được tìm thấy trong đại dương trên thế giới có thể là do giặt quần áo tổng hợp, còn mài mòn bánh xe trong khi lái xe và bụi đô thị lần lượt chếm 28% và 24% microplastic.

Mặc dù nhiều nghiên cứu được thực hiện hỗ trợ dữ liệu này, các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu thêm nguồn gốc của microplastic và theo một nghiên cứu gần đây thì vi xơ trong nước đại dương chủ yếu gồm các polyme tự nhiên. Nghiên cứu phát hiện ra rằng 79,5% vi xơ trong nước đại dương là xenlulo, 12,3% có nguồn gốc động vật và 8,2% có nguồn gốc tổng hợp.

Dữ liệu này là quan trọng về khía cạnh nhu cầu ngày càng tăng về xơ tổng hợp và sản xuất xơ tổng hợp. Sản lượng xơ tổng hợp toàn cầu đã tăng hơn gấp đôi trong 20 năm qua và sự tăng trưởng này được ước tính tiếp tục trong thập kỷ tới, đạt 145 triệu tấn trong năm 2030 nếu xu thế này vẫn được duy trì.

62% sản lượng xơ trong sản lượng 107 triệu tấn xơ toàn cầu hiện nay là xơ tổng hợp,  với polyeste là loại xơ được sản xuất nhiều nhất, chiếm 51,5% tổng sản lượng xơ.

Ngoài ô nhiễm do microplatic gây ra, một vài nghiên cứu bổ sung cho thấy rằng microplastic có thể hoạt động như là chất mang các chất độc, như là các chất gây ô nhiễm hữu cơ (POP) và các kim loại nặng, khi các chất nguy hại này dính vào bề mặt của microplastic khi được phơi ra môi trường.

Trong khi nước thải từ ngành công nghiệp và các hộ gia đình được xử lý tại nhà máy xử lý nước thải để làm sạch nước và để loại bỏ các chất độc trước khi nước quay trở lại vòng tuần hoàn nước, thì các nhà máy không thể loại bỏ microplastic do kích thước của chúng cực nhỏ (<5 mm). Mặc dù điều này đã được biết đến trong vài năm nay, vẫn chưa có tiến bộ nào trong sửa chữa vấn đề này.

Microplastic rụng ra từ quá trình giặt quần áo

Như đã nói ở trước, 35% microplastic sơ cấp có nguồn gốc từ việc giặt quần áo. Trong quá trình bảo quản và giặt quần áo làm từ vật liệu dệt, vải chịu ứng suất cơ học và mài mòn gây ra phân mảnh xơ dệt, và kết quả là dẫn đến làm rụng các microplastic sơ cấp vào nước. Các microplastic rụng ra này được dòng nước mang đi và đi qua hàng rào chắn của nhà máy xử lý nước thải, đi vào nhiều thủy vực (khu vực chứa nước) khác nhau.

Các chất độc và các kim loại nặng dính vào plastic bề mặt và sau khi đi tới đại dương thì được nhiều loài sinh vật biển khác nhau như là các loài động vật phù du tiêu hóa   dưới dạng thức ăn. Hậu quả là microplastic rụng ra từ quần áo trong quá trình giặt đi vào chuỗi thức ăn và cuối cùng có thể ảnh hưởng tới con người. Trong khi cần nhiều nghiên cứu nữa thì các nhà khoa học tin rằng plastic đang được con người tiêu hóa có thể có nhiều kết quả tiêu cực. Các ảnh hưởng có thể gồm tổn thương gan, các vấn đề về sinh sản, chậm trễ trong phát triển ở trẻ em và viêm mãn tính. Vì tính chất bền vững sinh học của plastic, tác động có thể kéo rất dài, và nó thể cần nhiều cố gắng để sửa chữa các vấn để chúng ta đã và đang tạo ra trong hai hoặc ba thập kỷ qua như là kết quả của ô nhiễm microplastic.

Không có tiêu chuẩn hóa ngành và các giải pháp kỹ thuật

Mặc dù sự thực rằng microplastic đưa ra nhiều mối nguy hiểm, không có quy chuẩn hoặc yêu cầu đánh giá hoặc hạn chế lượng microplastic mà một sản phẩm may mặc có thể giải phóng vào nước trong quá trình giặt. Ngoài ra, việc đo lường microplastic từ nguồn dệt chưa được nghiên cứu sâu để tạo nên các tiêu chuẩn hoặc phương pháp một mặt sẽ giúp đánh giá khách quan và định lượng, và mặt khác là hỗ trợ trong tìm kiếm các giải pháp có thể.

Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau hiện có trên thị trường, tuy vậy cần nghiên cứu thêm để xác định hiệu suất và hiệu quả không chỉ về giữ lại xơ hoặc tránh việc làm rụng xơ vào nước, mà còn về cách thức tránh làm thay đổi các tính chất của vải và quần áo, hoặc hiệu quả của một chu kỳ giặt.

Về định lượng microplastic, các nhóm làm việc kỹ thuật về tiêu chuẩn hóa và các thỏa thuận liên ngành công nghiệp gần đây đã được tạo ra để theo đuổi thử nghiệm hài hòa cần cho đánh giá đúng vấn đề và nghiên cứu khảo sát các lựa chọn khả thi để giải quyết việc giải phóng microplastic trên toàn cầu.

Eurofin định lượng lượng microplastic rụng ra

Eurofins Softlines & Leather đã phát triển một phương pháp nội bộ cho phép các khách hàng định lượng và mô tả đặc tính microplastic rụng ra từ quần áo hoặc vải bằng cách mô phỏng quá trình giặt gia dụng.

Thử nghiệm này được xây dựng dựa trên một phương pháp có thể lặp lại và tái lặp, và cung cấp kết quả sau nhiều thử nghiệm và xem xét nội bộ kỹ lưỡng. Mục tiêu chính của phép thử là định lượng microplastic rụng ra trong quá trình giặt bằng cách dùng các điều kiện và các thông số tiêu chuẩn và được kiểm soát, như vậy sẽ cung cấp thông tin về lượng microplastic rụng ra trong một hoặc nhiều chu kỳ giặt lặp lại.

Tóm tắt phương pháp

Phương pháp có thể được sử dụng để định lượng microplastic rụng ra từ các mẫu vải hoặc quần áo.

Trước khi thử nghiệm, các mẫu được đánh giá các tính chất dệt cơ bản, gồm thành phần, cấu trúc và trọng lượng.

Thực hiện quá trình giặt mô phỏng bằng cách sử dụng một trống kín quay để tạo nên chuyển động, mô phỏng tác động cơ học của máy giặt. Trống cũng được trang bị thêm các vật liệu không phải vật liệu dệt và không phải polyme, mô phỏng sự mài mòn gây ra trong quá trình giặt khi quần áo hoặc vải tiếp xúc với các quần áo khác trong chu kỳ giặt.

Tất cả nước sử dụng trong quá trình giặt được gom lại từ trống để lọc, và tất cả các hạt lơ lửng trong dung dịch được gom lại. Để lọc, chúng tôi dùng các lưới lọc tiêu chuẩn và được chứng nhận, có các kích thước lỗ khác nhau; việc này giúp phân đoạn các dải kích thước của các hạt rụng ra trong khi giặt.

Phương pháp này có thể phân loại các hạt rụng ra theo các dải kích thước khác nhau và cũng cung cấp thông tin về định lượng ngoại suy các hạt rụng ra theo đơn vị (tức là sản phẩm may mặc), theo trọng lượng hoặc theo bề mặt. Ba thông số này là quan trọng để có được bức tranh chính xác về microplastic rụng ra thực, do quần áo được sản xuất ra với khối lượng lớn.

Ngoài ra bằng cách dùng kỹ thuật phân tích hiện đại nhất, kính hiển vi SEM, các phân tích FTIR và quang phổ Raman và các phân tích hóa học, chúng tôi có thể xác định được loại xơ, cung cấp thêm dữ liệu cho khách hàng.

Kết quả phân tích định lượng microplastic rụng ra

Các kết quả dưới đây là sau khi phân tích 598 mẫu nhận được. Tất cả các mẫu rụng microplastic với các cường độ khác nhau. Phân tích quan sát được bốn yếu tố chính và mối tương quan của chúng với microplastic rụng ra:

• Chiều dài xơ và cấu trúc sợi: người ta thấy rằng vải và quần áo được làm từ sợi có chứa xơ có chiều dài dài hơn thì rụng ít hạt hơn vào nước.
• Độ bền của xơ thành phần: không phải tất cả các xơ có cùng khả năng chịu được ứng suất cơ học của quá trình giặt. Do điều này và kết hợp các yếu tố khác (ứng suất nhiệt, tác động cơ học và độ bền xơ), mà xơ trong sợi có thể đứt và đi vào nước. Nói chung, polyeste chịu ứng suất cơ học tốt hơn poliamit.
• Xử lý hoàn tất bề mặt sợi và vải: xử lý hoàn tất sợi và vải có thể dẫn đến tác động khác nhau của rụng xơ.
• Thành phần vải: là một yếu tố quyết định khi được kết hợp với các yếu tố được mô tả ở trên. Khi so sánh ba thành phần khác nhau của các loại xơ được dùng phổ biến nhất (bông, poliamit, polyeste), người ta thấy rằng do kết quả của thành phần vải, bông rụng lượng xơ lớn nhất so với polyamit và polyeste.

Hình 1 – Xơ rụng ra từ các loại vải khác nhau

Phân tích chỉ ra trên hình 1 cho thấy phản ứng của các mẫu xơ khác nhau sau một lần giặt, cụ thể là tổng các hạt rụng vào nước, được tính bằng miligam hạt trên một kilogam vải.

Như là một phần của nghiên cứu, chúng tôi cũng xem xét kỹ một vài giả thiết phổ biến về microlplastic rụng ra và đưa ra các phát hiện sau:

• Trọng lượng vải: giả thiết rằng mẫu càng nặng thì càng nhiều xơ rụng ra. Dữ liệu của chúng tôi không cung cấp mối liên hệ rõ ràng giữa trọng lượng mẫu vải và phản ứng rụng xơ của mẫu.
• Cấu trúc vải: khi so sánh các vải có cùng thành phần với trọng lượng tương tự thì không thể kết luận rằng cấu trúc của vải trực tiếp dẫn đến lượng lớn hơn microplastic rụng ra.
• Nguồn gốc xơ:  không có bằng chứng gợi ý rằng các loại vải có cùng thành phần nhưng được làm từ xơ “nguyên” hoặc “tái chế” rụng ra các lượng microplastic khác nhau.

Mô tả đặc tính của rụng microplastic

Đối với tất cả các thử nghiệm được thực hiện, Eurofins đã phân loại và nghiên cứu cả kích thước các hạt và microplastic rụng ra trong các mẫu khác nhau và theo các kích thước lỗ lọc khác nhau.

Hình 2 – Chiều dài của các xơ rụng ra

Các kết quả cho thấy rằng các loại vải giải phóng các xơ có kích thước khác nhau, với chiều dài biến thiên từ 0,45 µm tới > 500 µm (như được xác định bằng cách dùng các kích thước lỗ lọc khác nhau).

Các kết quả cho thấy rằng lượng lớn hơn các xơ rụng ra có chiều dài trong khoảng 0,45 µm tới dưới 50 µm, và được rụng ra trong khoảng 1 tới 10 chu kỳ giặt.

Sau 10 chu kỳ giặt thì một số mẫu cho thấy gia tăng nhẹ về giải phóng các hạt có kích thước lớn hơn, thậm chí tỷ lệ lớn nhất của xơ rụng ra vẫn có thể được cho là các xơ có chiều dài trong khoảng 0,45 µm tới dưới 50 µm (hình 2).

Chúng tôi cũng xem xét lượng microplastic và các hạt rụng ra trong nhiều chu kỳ giặt. Dữ liệu từ tất cả các mẫu được thử nghiệm cho nhiều lần giặt và làm khô (làm khô tự nhiên) chỉ ra rằng lượng microplastic và hạt giải phóng ra bởi các mẫu có xu hướng giảm sau nhiều chu kỳ giặt. Chúng tôi đã quan sát được rằng phần lớn việc giải phóng các hạt micro và microplastic xảy ra trong 20 chu kỳ giặt đầu tiên (của cá mẫu được nghiên cứu).

Hình 3 – Microplastic giải phóng ra từ vải polyeste dệt thoi sau vài chu kỳ giặt và làm khô

Mấy lời cuối

Ngành dệt cũng như các ngành công nghiệp liên quan tới polyme đang ở tuyến đầu của thách thức môi trường mới, các thách thức này sẽ yêu cầu các bên quan tâm trong chuỗi cung cấp cộng tác để giảm tới mức thấp nhất rủi ro của microplastic tới bản thân chúng ta, tới các thế hệ tương lai và môi trường của chúng ta.

Các tiêu chuẩn và phương pháp để đánh giá tác động của microplastic và quan trọng nhất là các giải pháp cần được đưa ra sớm bởi cố gắng mạnh mẽ tại mỗi bước của chuỗi cung cấp – từ sản xuất các sản phẩm bền lâu hơn và có khả năng chống lại rụng xơ tốt hơn cho tới giảm lượng microplastic đi tới các thủy vực (nơi chứa nước).

Eurofins Softlines &Leathers đưa ra một bộ đầy đủ các giải pháp mà mỗi tổ chức mua hàng và nhà cung cấp sẽ yêu cầu trong toàn chuỗi cung cấp dệt và da giày. Thông qua Trung tâm kỹ thuật của chúng tôi tại Tây Ban Nha và Anh và các phòng thí nghiệm ở châu Á, châu Âu và Mỹ, các giải pháp bền vững, các dịch vụ thử nghiệm cũng như các dịch vụ pháp lý và tuân thủ của chúng tôi mà chúng tôi có thể hỗ trợ khách hàng để đảm bảo chất lượng sản phẩm của họ và sự tuân thủ. Chúng tôi tham gia vào các tổ chức công nghiệp khác nhau và các hiệp hội dẫn dắt sự an toàn và tuân thủ của sản phẩm ở nhiều nơi trên thế giới, và sẽ tham gia và các nhóm làm việc kỹ thuật dành cho tiêu chuẩn hóa và các thảo thuận liên ngành về microplastic.

Tài liệu tham khảo

1.GESAMP (2015), “Sources, fate and effects of microplastics in the marine environment: a global assessment” (Kershaw, P. J., ed.), (IMO/FAO/UNESCO-IOC/UNIDO/WMO/IAEA/UN/UNEP/UNDP Joint Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Environmental Protection), Rep. Stud. GESAMP No. 90, 96 p.
2. Ioakeimidis, C. et al., “The degradation potential of PET bottles in the marine environment: An ATR-FTIR based approach,” Sci. Rep. 6, 23501; doi: 10.1038/srep23501 (2016).
3. Boucher, J. and Friot D. (2017), “Primary Microplastics in the Oceans: A Global Evaluation of Sources,” Gland, Switzerland: IUCN. 43pp.
4. Suaria et al., Sci. Adv. (2020), “Microfibers in oceanic surface waters: A global characterization,” DOI: 10.1126/sciadv.aay8493.
5. Preferred Fiber & Materials Market Report 2019, Textile Exchange.
6. F Yu, C Yang, Z Zhu, X Bai, J Ma (2019), “Adsorption behavior of organic pollutants and metals on micro/nanoplastics in the aquatic environment,” Science of The Total Environment 694, 133643.
7. Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 12, 6646–6655 (2013), https://doi.org/10.1021/es400663f.

Nguồn: https://fiberjournal.com/microplastic-pollution-from-textiles-a-microscopic-yet-massive-problem/

Tác giả: Javier Trocoli Llorens