Chế tạo vật liệu cellulose sinh học dạng khô

Trong công nghiệp, cellulose sinh học thường được sản xuất bởi Acetobacter xylinum. So với sợi thực vật, cellulose sinh học có đường kính nhỏ hơn (khoảng 25-100nm) và có cấu trúc chặt chẽ hơn. Thành phần hóa học tinh khiết hơn sợi thực vật chưa qua xử lý vì sợi thực vật thường có chứa hemicellulose và lignin. Ngoài ra, so với sợi thực vật nói chung, khả năng chịu kéo, độ dẻo và khả năng giữ nước của cellulose sinh học tốt hơn. Do đó, cellulose sinh học rất phù hợp để làm vật liệu y tế như băng vết thương, da nhân tạo và mặt nạ.

Các sản phẩm từ cellulose sinh học bán trên thị trường, như mặt nạ cellulose sinh học, hầu hết đều ở dạng nước. Tuy nhiên, cellulose sinh học ngậm nước dễ bị hư hỏng do vi khuẩn hoặc nấm mốc. Vì vậy, các sản phẩm ở dạng này thường phải bổ sung thêm chất kìm hãm vi khuẩn hoặc chất bảo quản. Hơn nữa, cần có không gian rộng để vận chuyển và lưu trữ vì khối lượng cellulose sinh học chứa nước lớn, làm chi phí vận chuyển và lưu trữ tăng lên.

Để giải quyết các vấn đề trên, các nhà nghiên cứu Đài Loan, gồm: Lin Yung-hsiang; Ho Cheng-yu; Chuang Wei-hsiu đã tạo ra cellulose sinh học khô, có cấu trúc sợi không bị phá hủy, có thể nhanh chóng trở lại trạng thái ngậm nước khi tiếp xúc với nước. Họ đã đăng ký sáng chế này tại Mỹ (số US20190023811, được công bố ngày 24/01/2019).

Quy trình sản xuất mặt nạ cellulose sinh học khô

1. Tạo màng cellulose sinh học: cellulose sinh học được sản xuất bởi các vi sinh vật khác nhau, chẳng hạn như Acetobacter xylinum, Gluconacetobacter hansenii hoặc Acetobacter pasteurianus
2. Ngâm cellulose sinh học trong dung dịch glycerin có nồng độ từ 10% trở lên trong khoảng thời gian 30-60 phút để tạo vật liệu cellulose sinh học - glycerin. Trong quá trình ngâm, có thể lắc, khuấy để cellulose sinh học có thể được tiếp xúc hoàn toàn với glycerin. Mục đích của việc ngâm này là để ngăn ngừa sự suy giảm không thể đảo ngược đối với cấu trúc sợi do xử lý sấy khô ở bước 3; nhờ vậy, vật liệu cellulose sinh học khô có thể được phục hồi về trạng thái ngậm nước cao sau khi ngâm lại trong nước.
3. Sấy: làm khô vật liệu cellulose sinh học có chứa glycerin để thu được vật liệu cellulose sinh học khô bằng lò sấy ở nhiệt độ từ 80-85°C trong 2-4 giờ. Thời gian sấy có thể khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ sấy.
4. Tạo hình vật liệu cellulose sinh học khô, theo hình khuôn mặt với mắt, mũi và miệng.

Theo sáng chế, cellulose sinh học khô có thể nhanh chóng khôi phục vẻ ngoài, cảm giác tiếp xúc, độ dày và có trạng thái ngậm nước cao sau khi tiếp xúc với nước trong 10 phút. Trọng lượng của cellulose sinh học sau khi ngậm nước nặng hơn 10-20 lần so với khi khô. Đồng thời, cellulose sinh học khô được điều chế theo phương pháp này dễ bảo quản hơn cellulose sinh học ẩm, chỉ cần không gian lưu trữ nhỏ hơn và không cần thêm chất bảo quản, do đó giảm chi phí sản xuất và vận chuyển.