XƠ LÁ DỨA VÀ ỨNG DỤNG TRONG VẬT LIỆU BỀN VỮNG

Ngày đăng: 03:14 - 13/08/2025 Lượt xem: 5

Cỡ chữ

Tác giả: ThS. Dương Phương Thảo
Đơn vị: Khoa Công nghệ Dệt May

1. Giới thiệu chung
Xơ lá dứa (pineapple leaf fiber - PALF) là một loại xơ tự nhiên có nguồn gốc từ phụ phẩm nông nghiệp, thu được sau thu hoạch quả dứa. Với hàm lượng cellulose cao, xơ dứa không chỉ có đặc tính cơ học vượt trội mà còn dễ phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường. Khác với sợi tổng hợp từ dầu mỏ, xơ dứa không gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất và sử dụng, đồng thời góp phần giảm lượng rác thải nông nghiệp. Nhờ vào tính tái tạo, khả năng kháng khuẩn, chống tia UV và khử mùi tự nhiên, xơ dứa đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong dệt may, vật liệu composite, bao bì và mỹ phẩm sinh học. Việt Nam là một trong những quốc gia có diện tích trồng dứa lớn ở khu vực Đông Nam Á, đặc biệt tại các tỉnh như Thanh Hóa, Ninh Bình, Tiền Giang... Lượng lá dứa bỏ đi sau thu hoạch rất dồi dào, tạo tiềm năng lớn để khai thác và phát triển ngành công nghiệp xơ sợi sinh học trong nước. Việc tận dụng xơ lá dứa không chỉ mang lại giá trị kinh tế cho nông dân mà còn thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn nông nghiệp. Đây là hướng đi phù hợp với xu thế phát triển bền vững và chuyển đổi xanh của ngành dệt may Việt Nam hiện nay.

Hình 1. Xơ lá dứa (PALF)
Nguồn: Vietfiber.net

Hình 2. Xơ lá dứa sau khi đã được cắt ngắn

Nguồn: Ivymoda.com
2. Đặc điểm, cấu tạo, thành phần của xơ dứa
Cây dứa (Ananas comosus) thuộc họ Bromeliaceae, được trồng rộng rãi ở các nước nhiệt đới như Brazil, Philippines, Thái Lan, Indonesia và Việt Nam. Trung bình mỗi hecta dứa có khoảng từ 20 đến 25 tấn lá/năm, trong đó có thể thu được 2,5 đến 4 tấn xơ khô.
Tại Việt Nam, với diện tích trồng dứa khoảng 40.000 đến 45.000 ha/năm (theo Báo cáo nông nghiệp thường niên 2022 – 2023 của Tổng cục Thống kê Việt Nam), sản lượng lá thải ra có thể lên đến hàng triệu tấn, tương đương tiềm năng thu hồi hàng chục ngàn tấn xơ mỗi năm. Điều này không chỉ tạo cơ hội khai thác nguyên liệu bền vững mà còn giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm sinh khối trong nông nghiệp.
Đặc điểm tổng quan của xơ lá dứa:
Xơ lá dứa (pineapple leaf fiber - PALF) là một loại xơ cellulose tự nhiên được chiết xuất từ lá của cây dứa. Đây là phụ phẩm nông nghiệp có sẵn với số lượng lớn, thường bị bỏ đi sau thu hoạch quả. Với chiều dài xơ trung bình từ 50 đến 90 cm [1] và đường kính dao động từ 20 đến 80 µm [2], xơ lá dứa được xếp vào nhóm xơ dài (xơ libe), có màu trắng sáng hoặc hơi ngà, độ bóng tự nhiên và bề mặt mịn [1].
Một đặc điểm nổi bật của PALF là khối lượng riêng thấp (1,5 g/cm³), giúp giảm khối lượng tổng thể khi sử dụng làm vật liệu gia cường trong composite.
Cấu trúc vi mô:
Xơ lá dứa có cấu trúc vi mô dạng bó xơ nhỏ liên kết bởi pectin và lignin, bên trong gồm các vi xơ (microfibrils) cellulose sắp xếp song song với trục xơ, giúp tăng độ bền kéo.

Hình 3. Cấu trúc mặt cắt ngang của bó xơ, có thể thấy rõ các bó fibrovascular và mesophyll kèm lumen (lỗ rỗng) – cách thể hiện tổ chức tế bào hỗ trợ cho tính chất chịu lực [2]

Hình 4. Hình chụp xơ nguyên thủy ở các độ phóng đại khác nhau, thể hiện bề mặt xơ nhẵn (do sáp, lignin) và các đường vân tự nhiên của microfibrils (vi xơ song song) [3]

Hình thái học bề mặt qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy bề mặt xơ có cấu trúc gồ ghề, thuận lợi cho liên kết cơ học với nền polymer trong vật liệu composite. Tuy nhiên, tính chất hút ẩm cao của xơ (do chứa nhiều nhóm hydroxyl) cũng làm giảm độ ổn định trong môi trường ẩm, điều này có thể được cải thiện thông qua xử lý kiềm hoặc dùng chất tương hợp như MAPE [3].
Thành phần hóa học và khả năng phân hủy sinh học:
Thành phần hóa học chủ yếu của PALF gồm: cellulose giao động từ 70 đến 82%, hemicellulose từ 15 đến 20%, lignin từ 5 đến 12% và tro khoảng 1% và các chất tan khác như pectin, sáp [2]. Tỷ lệ cellulose cao, đặc biệt là α-cellulose [1] dạng tinh thể, giúp PALF đạt được độ bền cơ học cao và khả năng chịu tải tốt. So với xơ đay (cellulose khoảng 60 đến 70%) hay xơ dừa (cellulose khoảng 40 đến 50%), PALF là một trong những loại xơ tự nhiên giàu cellulose nhất.
Mặt khác, khả năng phân hủy sinh học của PALF được đánh giá rất cao, với thời gian phân hủy trong điều kiện tự nhiên chỉ vài tháng, góp phần giảm thiểu tác động môi trường. Khi được kết hợp với các nền polymer sinh học như PLA (polylactic acid), PALF tạo thành vật liệu composite xanh, hoàn toàn phân hủy được trong vòng 6 đến 24 tháng tùy điều kiện.
Với cấu trúc vi mô ưu việt, đặc tính cơ học cao và thành phần hóa học giàu cellulose, xơ lá dứa là một loại xơ tự nhiên giàu tiềm năng, đặc biệt phù hợp với xu hướng phát triển vật liệu sinh học bền vững. Trong bối cảnh Việt Nam có nguồn nguyên liệu dồi dào, việc nghiên cứu và ứng dụng xơ lá dứa không chỉ mang lại lợi ích môi trường mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành dệt may, vật liệu và nông nghiệp tuần hoàn.
3. Một số phương pháp tách và xử lý xơ dứa

Hình 5. Quy trình tách xơ dứa [2]

Xơ lá dứa có thể được tách bằng phương pháp thủ công (bóc tay), cơ học (bằng máy bóc vỏ), hoặc sinh học (vi sinh vật). Sau khi tách, xơ có thể được xử lý khử keo (degumming) để lại bỏ lignin và pectin. Quá trình xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý và độ đồng đều của xơ.
Quy trình sản xuất xơ lá dứa bao gồm bốn giai đoạn chính: thu hoạch - phân tách xơ - tách keo - làm khô và bảo quản.
Thu hoạch và chuẩn bị nguyên liệu:
Lá dứa được thu gom sau thu hoạch quả, cắt bỏ gai, rửa sạch và để ráo nước. Theo Seiko Jose và các cộng sự (2016) [1], cứ mỗi tấn lá dứa có thể thu được khoảng 50 đến 70 kg xơ khô tùy theo giống và điều kiện trích ly.
Phân tách xơ dứa từ lá dứa:
Quá trình tách xơ từ lá dứa có vai trò vô cùng quan trọng, vì đây là yếu tố then chốt quyết định đến chất lượng và sản lượng xơ. Quá trình chiết tách xơ từ lá dứa nhằm mục đích loại bỏ lớp biểu bì của lá cho đến khi còn lại xơ. Việc tách xơ có thể được thực hiện bằng phương pháp thủ công, cơ học hoặc sinh học, trong đó phương pháp thủ công cho sản lượng xơ thấp hơn.

Phương pháp thủ công: dùng lưỡi dao hoặc bàn tre để cào xơ, phương pháp này có chi phí rẻ nhưng năng suất thấp (khoảng 1 kg/giờ/người) [3].

Ở phương pháp thủ công, xơ được cạo ra khỏi lá bằng tấm kim loại cùn hoặc bằng vỏ dừa. Quá trình này được gọi là “scratching” (cào xơ). Một thợ lành nghề có thể tách xơ từ hơn 500 lá mỗi ngày. Sau khi tách, bó xơ được rửa sạch và phơi khô ngoài trời. Khi khô, bó xơ được xử lý bằng sáp để gỡ rối, sau đó tiến hành nối bó xơ: từng bó xơ được tách riêng lẻ rồi nối đầu với nhau để tạo thành một bó xơ dài liên tục.
Tuy nhiên, hiệu suất xơ chỉ đạt khoảng 3 - 4%, và quy trình này rất tốn công, đòi hỏi khoảng 30 người để xử lý 1 tấn lá dứa. Dù vậy, bó xơ tách bằng tay có chất lượng tốt hơn so với phương pháp cơ học [1].

Phương pháp cơ học (dùng máy phân tách xơ): máy cào bóc bề mặt lá, tách bó xơ nhanh chóng với năng suất từ 25 đến 30 kg xơ/giờ [8].

Tách bằng máy cào bó xơ (Scrapping Method):

Máy cào bó xơ (scrapping machine) là thiết bị chuyên dụng được sử dụng để tách xơ từ lá dứa. Cấu tạo của máy bao gồm ba trục chính: trục cấp liệu (feed roller), đưa lá vào máy; trục cào (leaf scratching roller), cào lớp trên của lá, loại bỏ lớp sáp bên ngoài, tốc độ 150 vòng/ phút, giúp tách xơ từ lá dứa một cách hiệu quả; trục răng cưa (serrated roller), có bề mặt kim với mật độ cao, có nhiệm vụ nghiền lá và tạo các vết nứt nhỏ trên bề mặt để tạo đường thâm nhập cho vi sinh vật trong quá trình ngâm (retting).
Máy hoạt động theo nguyên lý: lá dứa được đưa vào thông qua trục cấp liệu, sau đó đi qua trục cào để loại bỏ lớp sáp, rồi cuối cùng đến trục răng cưa để nghiền và chuẩn bị cho bước ngâm tách xơ tiếp theo.
Năng suất khai thác đạt khoảng 33 kg xơ/giờ, tương đương 264 kg xơ trong một ca 8 giờ [9].

Tách bằng thiết bị Decorticator:

Xơ lá dứa có thể được phân tách bằng thiết bị Decorticator. Máy có một trục quay, trên bề mặt trục, có gắn các đinh kim loại sẽ tạo ra các nhịp đập trên lá dứa khi trục quay, trục quay nhờ động cơ điện.

Hình 6. Thiết bị Decorticator phân tách lá dứa thành xơ dứa [1]

Trong quá trình này, 3 - 10 lá dứa được đưa vào máy tách vỏ bằng cách kéo lá xen kẽ giữa phần đầu và gốc lá. Để có được kết quả tối đa có thể thực hiện từ 3 - 5 lần trong thiết bị phân tách lá dứa thành xơ dứa [4].
Phương pháp này, xơ lá dứa có thể được sản xuất có năng suất cao hơn các phương pháp thông thường. Tốc độ trục quay, mật độ đinh và tốc độ máy có ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất xơ lá dứa.
Ưu điểm của máy này là có hình dạng nhỏ, sản lượng cao hơn phương pháp thủ công, hoạt động thuận tiện và rất phù hợp với người nông dân và quy mô công nghiệp nhỏ.

Hình 7. Xơ dứa được tách ra từ lá dứa

Nguồn: Vietfiber.net

Phương pháp sinh học:

Phương pháp ngâm nước (Retting): sử dụng vi sinh vật (thường trong nước ao/hồ) để phân rã chất gắn kết như pectin, quá trình này thường kéo dài từ 7 đến 10 ngày [3].

Xơ dứa sau khi cào được ngâm trong nước 15 đến 18 ngày, để phần thịt còn bám lại sau khi cạo bị phân hủy bởi vi sinh vật trong nước, tạo ra xơ sạch hơn. Quá trình này có thể thực hiện trong ao, hồ, mương, sông hoặc bể chứa. Tuy nhiên, phương pháp này tiêu tốn nhiều nước, thời gian dài và không thân thiện với môi trường.

Phương pháp ngâm bằng vi khuẩn (Bacterial Retting): lá dứa được đập dập và đặt trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn, một số loại vi khuẩn đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc tách xơ trong môi trường nước.

Vi khuẩn sẽ phân hủy nhanh phần thịt lá, giúp tách xơ chỉ trong 4 đến 5 ngày, rút ngắn đáng kể thời gian so với phương pháp ngâm nước truyền thống. Tuy nhiên, công nghệ này chưa được thương mại hóa rộng rãi. Ngoài ra, quá trình này còn chuyển hóa hemicellulose thành α-cellulose, tạo ra xơ sạch và có độ bền kéo tốt [3].

Phương pháp tách sợi bằng phơi sương (Dew Retting): đây là phương pháp lợi dụng vi sinh vật từ môi trường tự nhiên như vi khuẩn Bacillus, Clostridium (giống trong ngâm nước), nấm Rhizomucorpusillus, Fusarium lateritium (hiệu quả trong điều kiện khí hậu sương đêm và ngày nắng ấm).

Phương pháp này cho chất lượng xơ tốt hơn, nhưng mất nhiều thời gian hơn (khoảng 3 - 6 tuần tuỳ thời tiết), khó kiểm soát chất lượng xơ nếu không đảo lá trong quá trình ngâm, nếu không theo dõi chặt chẽ, có thể xảy ra quá trình ngâm quá mức, làm xơ bị phân hủy.
Các bó lá dứa xanh được thu hoạch để phân tách lấy xơ. Chiều dài xơ phụ thuộc vào chiều dài lá của giống cây trồng, lá càng dài càng thích hợp để phân tách xơ, sợi. Có nhiều phương pháp khác nhau để phân tách PALF từ lá cây dứa. Các xơ được tách ra khỏi lá bằng cách sử dụng máy tách vỏ để tiết kiệm thời gian.
Tách keo:
Tách keo giúp tăng khả năng thấm hút, mô đun đàn hồi và độ bền kéo của PALF so với xơ chưa xử lý. Ngoài ra, các loại axit như axit sulfuric và axit oxalic kết hợp với chất tẩy rửa cũng có thể được sử dụng để tách xơ. Kết quả của quá trình tách keo là các xơ đã bóc tách được tách rời khỏi bó xơ ban đầu, như minh họa ở Hình 8.

Hình 8. Xơ dứa được tách keo
Nguồn: ecosoi.com

Xơ dứa được tách keo nhằm cải thiện độ sạch, độ bền và tăng khả năng bám dính. Một số phương pháp tách keo như sau:

Kiềm hóa (alkaline treatment): ngâm xơ trong dung dịch NaOH 5 - 10% ở 70 - 90°C trong 1 đến 2 giờ để loại lignin và pectin để làm tăng độ bền kéo thêm 10 - 20% [5].

Xử lý kiềm là một trong những phương pháp xử lý hóa học phổ biến nhất đối với sợi tự nhiên. Khi xử lý xơ cellulose bằng kiềm, xơ sẽ bị trương nở, trong đó cấu trúc tinh thể tự nhiên của cellulose I sẽ chuyển thành cellulose II. Mức độ chuyển đổi từ cellulose I sang cellulose II phụ thuộc vào bản chất của xơ, loại và nồng độ kiềm sử dụng, nhiệt độ cũng như thời gian xử lý [1].
Trong quá trình tách keo kiềm của PALF, NaOH (xút ăn da) được sử dụng để loại bỏ phần keo. Xơ sau khi được bóc tách sẽ được xử lý bằng dung dịch NaOH 2 - 4% ở 95°C trong 2 giờ, sau đó rửa sạch bằng nước và trung hòa bằng axit yếu. Quá trình tách keo giúp loại bỏ một lượng nhất định hemicellulose, lignin, sáp và dầu từ xơ [1].

Enzym hóa: dùng enzyme xellulase hoặc pectinase để phân giải các tạp chất mà không gây phá hủy cấu trúc cellulose trong xơ dứa [1].

Để thay thế NaOH trong quá trình tách keo, phương pháp dùng enzyme để tách keo được đánh giá là phương pháp thân thiện với môi trường hơn. Enzyme có tính đặc hiệu với cơ chất, vì vậy không giống như kiềm, chúng chỉ loại bỏ chính xác phần keo (gum) mà không làm hỏng phần cellulose của xơ. Các xơ được tách keo bằng enzyme có cảm giác mềm mại hơn nhiều so với các xơ được xử lý hóa học. Sự kết hợp giữa enzyme pectinase và xylanase đã được chứng minh là hiệu quả trong việc loại bỏ keo khỏi xơ lá dứa (PALF), đồng thời vẫn giữ được các tính chất cơ học đạt yêu cầu. Chất lượng của xơ thu được bằng phương pháp tách keo bằng enzyme tốt hơn so với phương pháp hóa học. Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí xử lý tương đối cao.
Cả hai quy trình xử lý này đều đơn giản, tuy nhiên nếu quá trình xử lý không được thực hiện đúng cách, phần cellulose trong xơ cũng có thể bị ảnh hưởng tiêu cực.

Xử lý tương hợp (compatibiliser): sử dụng chất tương hợp như MAPE (maleated polyethylene) để tăng liên kết hóa học với nền nhựa trong composite.

Biến tính bề mặt là điều cần thiết để khắc phục tính ưa nước (ưa ẩm) tự nhiên của sợi tự nhiên. Có nhiều phương pháp xử lý để thực hiện biến tính bề mặt cho sợi tự nhiên, một phương pháp được các nhà nghiên cứu ưa chuộng là sử dụng chất tương hợp anhydride maleic do dễ gia công và chi phí hợp lý [3]. Hai chất tương hợp nổi bật nhất là maleic anhydride polyethylene (MAPE) và maleic anhydride polypropylene. Agung và các cộng sự (2018) [3] ghi nhận rằng mẫu PALF xử lý MAPE hút nước ít hơn 61% so với mẫu không qua xử lý.
Làm khô và bảo quản:
Thời gian phơi khô mất khoảng 3 - 7 ngày tùy thuộc vào ánh sáng mặt trời. Vào mùa khô, thời gian phơi khô trung bình là 3 ngày, trong khi vào mùa mưa có thể mất 1 tuần hoặc thậm chí lâu hơn tùy thuộc vào độ nóng của mặt trời. Vào ngày phơi đầu tiên, xơ vẫn còn xanh, vào ngày thứ hai màu xanh bắt đầu phai, bắt đầu từ ngày thứ ba xơ sẽ chuyển sang màu trắng [6].
Xơ dứa sau khi được phơi nắng hoặc sấy ở nhiệt độ 60 - 80°C đến khi đạt độ ẩm dưới 12%, thì được chải để gỡ rối các xơ xoắn trong từng bó xơ, rồi ép bó hoặc đóng bao, giúp việc cất giữ, bảo quản và tách xơ sau này dễ dàng hơn.
Việc khai thác xơ lá dứa thông qua các công nghệ phân tách và xử lý hiện đại không chỉ nâng cao chất lượng vật liệu đầu ra mà còn mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong dệt may và công nghiệp composite. Việc kết hợp giữa phương pháp truyền thống và công nghệ sinh học, hóa học là hướng đi tiềm năng để phát triển ngành công nghiệp xơ sợi sinh học bền vững tại Việt Nam.
4. Một số tính chất cơ lý, hoá học đặc trưng của xơ lá dứa
Xơ lá dứa (PALF) sở hữu tổ hợp tính chất vật lý, cơ học và hóa học đặc trưng, khiến nó trở thành một trong những loại xơ tự nhiên tiềm năng nhất trong lĩnh vực vật liệu sinh học.
Xét về đặc tính cơ học, PALF nổi bật với độ bền kéo của PALF có thể đạt từ 413 đến 1627 MPa, với mô đun đàn hồi dao động từ 18 đến 27 GPa, vượt trội so với nhiều loại xơ tự nhiên như đay (khoảng 400 đến 800 MPa) hay sisal (xơ dứa dại) (khoảng 500 đến 700 MPa). Độ giãn dài khi đứt thấp (khoảng 1,6 dến 3%) phản ánh tính chất cứng và tương đối giòn [2].
Độ bền kéo, mô đun, độ bền cao, khối lượng g/m² thấp và khả năng tái chế tuyệt vời là những đặc tính cần thiết nhất đối với xơ dệt tự nhiên. Giống như các loại xơ tự nhiên khác, PALF có các đặc tính khác nhau tùy theo loài, vùng địa lý, độ tuổi, vị trí ở mỗi cây và điều kiện thời tiết. Lượng cellulose và các thành phần không phải cellulose trong xơ quyết định cấu trúc và đặc tính cũng như ảnh hưởng đến độ kết tinh và khả năng phục hồi độ ẩm của xơ. Người ta thấy rằng các đặc tính vật lý của cellulose thay đổi theo hàm lượng độ ẩm. Các đặc tính như mật độ, điện trở suất, độ bền kéo, mô đun, khả năng phục hồi độ ẩm và độ kết tinh có liên quan đến thành phần và cấu trúc bên trong của xơ. PALF có màu trắng, bóng như lụa, các sợi tách biệt tốt, không có cấu trúc lưới. Nó mịn hơn sợi đay nhưng thô hơn sợi bông 10 lần. Hàm lượng cellulose trong xơ này tương đối cao hơn các sợi lingo cellulose khác. Các nghiên cứu cho thấy độ bền của xơ giảm khi đường kính tăng. PALF mịn có độ bền kéo và mô đun ban đầu tương đối cao. Bản chất hút ẩm cao và khả năng chống mài mòn khiến xơ lá dứa trở nên đặc biệt hơn khi sử dụng. Độ bền bó xơ giảm 50% khi ướt, trong khi độ bền sợi tăng khoảng 13% do tính chất ma sát của PALF rất cao trong điều kiện ướt và nó chiếm ưu thế hơn độ bền kéo của xơ để tăng độ bền ướt của xơ. Cấu trúc của xơ giống như dải ruy băng và được gắn kết với nhau bằng lignin, vật liệu giống như pentosan, góp phần tạo nên độ bền của xơ lá dứa. Hàm lượng cellulose cao và góc vi sợi thấp giúp xơ có các tính chất cơ học tốt hơn. Do các đặc điểm vốn có độc đáo của nó, nó có thể là một thành phần hiệu quả để sản xuất nhiều loại hàng dệt may. Tuổi của cây dứa cũng được dự đoán là có một số ảnh hưởng đến tính chất của xơ. Việc lưu trữ xơ lá dứa trong 6 tháng không ảnh hưởng đến độ bền của nó; tuy nhiên, lưu trữ lâu hơn có thể dẫn đến mất độ bền đáng kể [1].
Nhờ cấu trúc vi mô gồm các vi xơ (microfibrils) cellulose định hướng dọc theo trục xơ, PALF thể hiện khả năng chịu lực tốt và tương thích với nhiều loại nền polymer trong vật liệu composite như polypropylene (PP) hoặc polylactic acid (PLA). Các nghiên cứu gần đây [2,3] cũng ghi nhận rằng khi được gia cường đúng cách, xơ PALF giúp tăng đáng kể khả năng chịu uốn và va đập cho vật liệu nền.
Về mặt hóa học, PALF có hàm lượng cellulose rất cao, tỷ lệ hemicellulose và lignin tuy thấp hơn cellulose, nhưng lại góp phần vào độ cứng và tính kháng ẩm ban đầu của xơ. Tuy nhiên, chính những thành phần này cũng làm tăng khả năng hút nước, dẫn đến giảm độ bền trong môi trường ẩm nếu không được xử lý bề mặt. Các nhóm chức hydroxyl làm PALF dễ phản ứng với các chất tương hợp như MAPE (maleated polyethylene), từ đó cải thiện đáng kể khả năng tương thích và độ bám dính với nền polymer.
Tổng hợp các đặc tính nêu trên cho thấy xơ lá dứa là vật liệu tự nhiên có tiềm năng lớn trong các ứng dụng kỹ thuật cao, đặc biệt là lĩnh vực vật liệu composite xanh, thân thiện với môi trường và hướng đến phát triển bền vững.
5. Ứng dụng của xơ lá dứa
Xơ lá dứa đã được sử dụng phổ biến trong việc sản xuất sợi cho vải dệt trong nhiều thập kỷ qua. Triển vọng ứng dụng đa dạng của PALF trong tương lai được trình bày trong Hình 9. Hiện tại, PALF được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như dệt may, đồ thể thao, vali, ngành ô tô, tủ đựng, thảm... PALF đã qua xử lý bề mặt còn được sử dụng để sản xuất các bộ phận máy móc như dây đai, dây curoa, băng tải, dây buộc túi khí và một số loại vải phục vụ công nghiệp. PALF đặc biệt thích hợp để làm thảm nhờ khả năng xử lý hóa học, dễ nhuộm màu và tạo ra chất liệu vải có tính thẩm mỹ cao. Ngoài ra, PALF còn có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực như mỹ phẩm, y học và lớp phủ biopolymer cho hóa chất [2].
Những đặc tính nổi bật của PALF giúp nó trở thành vật liệu phù hợp cho các ứng dụng trong xây dựng, linh kiện ô tô và đồ nội thất. Qua tổng quan này, có thể thấy rằng các nghiên cứu về tính chất nhiệt, điện, động học và cơ học của PALF vẫn còn hạn chế. Cho đến nay, PALF mới chỉ được nghiên cứu khi kết hợp với polypropylene (PP) và polyester không bão hòa, do đó cần tiếp tục nghiên cứu khả năng tương tác của PALF với các loại nhựa khác để chế tạo vật liệu composite sinh học và composite lai [2].

Hình 9. Các ứng dụng của xơ lá dứa ở hiện tại và trong tương lai [2]

5.1. Trong dệt may
Xơ lá dứa có bề mặt trơn, độ bóng tự nhiên, khả năng nhuộm tốt. Hiện. nay, PALF đã được bông hoá, pha trộn với cotton, polyester hoặc các loại vật liệu khác để dệt vải kháng khuẩn, chống tia UV, ứng dụng trong trang phục y tế và thời trang bền vững.

Hình 10. Vải từ xơ dứa
Nguồn: Vietfiber.net

Về ngoại quan, vải từ xơ dứa có hình thức gần giống với vải ramie (xơ gai) hoặc lanh. Tùy thuộc vào chỉ số sợi, có thể sản xuất được vải có độ dày/ mỏng khác nhau. Tuy nhiên, vải 100% PALF chưa phổ biến trên thị trường; thay vào đó, các loại vải pha PALF với xơ tự nhiên hoặc tổng hợp xuất hiện nhiều hơn.
Vải Piña (một loại vải truyền thống từ PALF) thường cứng hơn cotton và dễ bị nhăn, nhưng thoáng mát và dễ chịu khi mặc trong thời tiết nóng. Các loại vải pha như PALF/polyester hoặc PALF/len được sử dụng trong sản xuất vải vest. Vải PALF có khả năng thấm hút mồ hôi tốt, thoáng khí, bền chắc và có khả năng thấm nước và không khí tốt. Cảm giác sờ tay mềm mại hơn sợi đay nhưng thô hơn lanh và cotton [1].
Vải PALF có khả năng chống mốc tốt ở trạng thái khô, tuy nhiên khi tiếp xúc với môi trường ẩm ướt, vi sinh vật dễ phát triển. Do giá thành cao, vải PALF cần được bảo quản và giặt giũ cẩn thận.
Việc sử dụng vải dứa cũng mang lại tác động tích cực về môi trường và xã hội, đặc biệt ở các nước đang phát triển, vì quá trình dệt vải chủ yếu diễn ra ở khu vực nông thôn. Phần lớn các xưởng dệt nhỏ đều sử dụng khung dệt thủ công (handloom). Hầu hết vải từ xơ dứa trên thị trường hiện nay được sử dụng cho trang trí đồ nội thất nhiều hơn là may mặc. Vải piña có khả năng chống mài mòn tốt và độ xù lông thấp khi sử dụng.
Trong may mặc, vải từ xơ dứa được ứng dụng cho các sản phẩm may mặc truyền thống như áo dài, khăn, thậm chí là tất chân…

Hình 11. Một số sản phẩm từ xơ dứa như vải, tất của Công ty Vietfiber

Hình 12. Áo dài từ sợi xơ dứa của Nhà thiết kế Vũ Việt Hà
Nguồn: Internet

Xơ lá dứa đang trở thành lựa chọn thay thế xơ tổng hợp và cotton trong ngành dệt may cao cấp nhờ độ bền kéo cao và khả năng hấp thụ ẩm tốt. Một trong các ví dụ điển hình là Piñatex - thương hiệu da thực vật sản xuất từ 80% xơ dứa và 20% PLA, được sử dụng bởi các hãng thời trang như H&M, Puma và các nhãn thời trang vegan (thuần chay). Vải Piñatex có cấu trúc mềm mại, linh hoạt, độ bền tương đương da động vật, dễ may, có khả năng chống thấm và kháng khuẩn tự nhiên, không phụ thuộc vào thuốc nhuộm nặng hoặc hóa chất độc hại.

Hình 13. Các sản phẩm từ PALF của Piñatex

Các sản phẩm của Piñatex được ứng dụng làm nội thất ô tô, túi xách thời trang và thậm chí là giày dép, chúng có bề mặt sáng bóng, màu sắc trung tính và thân thiện môi trường.
Ngoài ra, các sản phẩm với chất liệu da thực vật được sản xuất từ xơ lá dứa thường ứng dụng vào túi xách, giày dép, phụ kiện thời trang và nội thất. Canvas tự nhiên, màu sắc trung tính, đường vân đẹp mắt, thể hiện tính mềm dẻo và khả năng chống thấm nước phù hợp với tiêu chuẩn da bền vững.
5.2. Trong vật liệu composite
Sợi lignocellulose đang ngày càng được quan tâm như một vật liệu gia cường thay thế trong nền polyme để tạo ra các vật liệu composite phục vụ nhiều ứng dụng khác nhau (Sanadi et al., 1995). Trong đó, xơ lá dứa (PALF) có tiềm năng lớn để sử dụng làm vật liệu gia cường trong composite nhờ vào các ưu điểm như: độ bền và độ cứng vừa phải, chi phí thấp, thân thiện với môi trường, khả năng phân hủy sinh học, có thể tái tạo. Tuy nhiên, do tính ưa nước tự nhiên (hydrophilic), PALF dễ hút ẩm, điều này có thể làm giảm độ bám dính giữa xơ và nền polyme, hoặc làm mềm cấu trúc composite, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu, đặc biệt là trong môi trường ẩm hoặc nhiệt độ cao [1].
Các loại xơ tự nhiên đang thu hút sự quan tâm ngày càng lớn từ giới nghiên cứu và ngành công nghiệp, như một giải pháp thay thế tiềm năng cho sợi thủy tinh truyền thống. Mối quan tâm ngày càng tăng đối với các vấn đề môi trường đã thúc đẩy việc ứng dụng xơ tự nhiên trong nhiều lĩnh vực. Sợi từ xơ lá dứa nổi bật nhờ khả năng gia cường hiệu quả trong nền polyme, giúp tạo ra các vật liệu composite có tính cơ học được cải thiện rõ rệt. Những đặc tính cơ học vượt trội của từng sợi dứa riêng lẻ được phản ánh rõ nét trong hiệu suất của sản phẩm composite cuối cùng. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện sử dụng PALF nhằm gia cường các loại nền khác nhau như nhựa nhiệt rắn, nhựa nhiệt dẻo, nhựa phân hủy sinh học, và cao su thiên nhiên [2].
Với đặc tính cơ học xuất sắc, xơ dứa được xem là chất gia cường bền vững trong vật liệu composite. Các nghiên cứu đã phác họa những ứng dụng hiện tại và triển vọng, bao gồm bộ phận nội thất ô tô, tấm cách nhiệt, bảng điều khiển và tấm ốp. Hơn thế, xơ dứa có thể thay thế xơ thủy tinh trong một số ứng dụng kỹ thuật nhờ mật độ thấp và khả năng hấp thụ va đập tốt.

Hình 14. Các bộ phận nội thất ô tô có thể gia cường bằng PALF
Nguồn: TextileLearner.net

Cấu trúc composite PALF đã được xử lý bằng silane để cải thiện độ bám dính với polymer. Nhờ hiệu chuẩn bám dính bằng MAPE, silane hoặc alkali, PALF có thể thay thế cho xơ thủy tinh trong ứng dụng kỹ thuật như bảng điều khiển ô tô hoặc vật liệu xây dựng nhẹ.
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh PALF khi gia cường nhựa polyester, PLA hay PP đều có độ bền cơ học tốt. PALF composite được khuyến nghị ứng dụng trong linh kiện ô tô, vật liệu xây dựng nhẹ.
Xơ lá dứa ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô như một giải pháp thay thế xơ tổng hợp nhờ độ nhẹ, độ bền cơ học vượt trội và thân thiện môi trường. Các bộ phận ô tô (trần xe, taplo, cửa, nệm ghế…) có thể được gia cường bằng các vật liệu composite POL-AF (polyolefin (POL) kết hợp với sợi aramid (AF)) kết hợp polyme như PP hoặc PLA. Dữ liệu từ TextileLearner cho thấy các hãng xe lớn như BMW, Audi, Toyota… đã ứng dụng PALF trong các chi tiết như bảng điều khiển, b-pillar, taplo, lớp cách âm,… nhằm giảm khối lượng xe đồng thời nâng cao khả năng tái chế phần vỏ nội thất.
Hiện nay, các loại composite từ PALF với nhựa polyester không bão hòa, nhựa epoxy, polypropylene... mới chỉ đang ở giai đoạn khởi đầu, nhưng hứa hẹn tiềm năng ứng dụng công nghiệp trong tương lai.
5.3. Ứng dụng khác
PALF có thể được chế tách thanh cellulose nano, dùng trong vật liệu y sinh, mực in sinh học, bao bì phân hủy và dược phẩm. Ngoài ra, PALF đã được sử dụng làm vật liệu nội thất, thảm; bao bì sinh học đóng gói; giấy cao cấp, đặc biệt giấy bảo vệ tài liệu nhờ cấu trúc sợi dai và kháng rách; vật liệu địa kỹ thuật (geotextile)…

Hình 15. Cấu trúc open‑weave mesh - tấm lưới địa kỹ thuật PALFNet
để tối ưu để giữ đất, thoát nước và giảm lực tác động của mưa [6]

Trong thực tế nông nghiệp và địa kỹ thuật, PALF được dệt thành lưới geotextile để ổn định đất và hạn chế xói mòn. Dự án PALFNet ở Philippines dùng xơ dứa dệt thành tấm bảo vệ đất, giữ độ rỗng cao, sức bền kéo đạt 6,79 MPa và hút nước đến 163,4% [7], giúp giảm lượng đất rửa trôi đáng kể.
6. Kết luận
Xơ lá dứa (PALF) có rất nhiều đặc tính tốt nhưng cũng còn một số hạn chế như độ hút ẩm cao, khó đồng nhất về chất lượng do quy trình tách xơ còn mang tính thủ công. Việc đầu tư vào thiết bị tách xơ hiện đại và chuẩn hoá xử lý sẽ góp phần nâng cao giá trị thương mại của PALF.
Xơ lá dứa là một nguồn xơ tự nhiên giàu tiềm năng nhờ vào đặc tính cơ học và hóa học vượt trội, nguồn cung phong phù, chi phí thấp. Việc khai thác hiệu quả xơ lá dứa đòi hỏi có quy trình xử lý đồng bộ. Trong xu hướng thay thế xơ tổng hợp, xơ lá dứa hứa hẹn là chất liệu xanh của tương lai. Tuy nhiên, để thương mại hóa thành công, cần giải quyết các thách thức về việc đồng bộ hóa chất lượng xơ trên quy mô lớn và xây dựng chuỗi cung ứng hiệu quả từ cánh đồng đến nhà máy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Seiko Jose, Rajna Salim & Lakshmanan Ammayappan (2016), “An Overview on Production, Properties, and Value Addition of Pineapple Leaf Fibers (PALF)”, Journal of Natural Fibers, DOI: 10.1080/15440478.2015.1029194.
[2]. M. Asim, Khalina Abdan, M. Jawaid, M. Nasir, Zahra Dashtizadeh, M. R. Ishak, M. Enamul Hoque (2015), “A Review on Pineapple Leaves Fibre and Its Composites”, International Journal of Polymer Science, 2015, Article ID 950567.
[3]. E. H. Agung, M. H. M. Hamdan, J. P. Siregar, D. Bachtiar, C. Tezara, J. Jamiluddin (2018), “Water Absorption Behaviour and Mechanical Performance of Pineapple Leaf Fibre Reinforced Polylactic Acid Composites”, International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 15(4), p. 5760-5774.
[4]. Meenakshi Tamta, Dr Surabhi Mahajan (2020), “Innovative applications of pineapple leaf fibre in textiles and other fields”, International E- Conference, TIT&S, Bhiwani, pp. 221-224.
[5]. N. Lopattananon, K. Panawarangkul, K. Sahakaro, B. Ellis (2006), “Performance of pineapple leaf fiber - natural rubber composites: the effect of fiber surface treatments”, Journal of Applied Polymer Science, 102(2), 1974-1984.
[6]. N. Inty, A. Deny, K. Mein, CA. Indah, L. Alvi, Adiza Villalon (2025), “Using pineapple leaf fiber as a sustainable future textile”, EDP Sciences, DOI: 10.1051/bioconf/202515903002.
[7]. Darrel Jay Balbin, Dezirre Padilla, Jhann Benard Retamal, Ertie Abana, Jay M. Ventura (2022), “PALFNet: A Soil Erosion Control Geotextile Using Pineapple Leaf Fiber”, Lecture Notes in Civil Engineering, SECON’22.
[8]. Arnnab Majumder, Chayan Kumer Saha, Md. Aktarul (2025), “Development and evaluation of a pineapple leaf fiber extraction machine”, ResearchGate, DOI:10.13140/RG.2.2.32746.43205.