Các nhà nghiên cứu phát hiện ra nhựa làm từ cây thông Sap

Trong hơn 100 năm qua, nhựa và polyme đã thay đổi cách vận hành của thế giới, từ máy bay, ô tô đến máy tính và điện thoại di động - gần như tất cả đều được cấu tạo từ các hợp chất dựa trên nhiên liệu hóa thạch.

Nhóm nghiên cứu của trường Đại học Bang Florida (FSU) đã phát hiện ra một loại nhựa mới có nguồn gốc từ nhựa cây thông có khả năng trở thành nhân tố thay đổi cuộc chơi đối với các vật liệu bền vững mới.

Kennemur cho biết: “Những gì chúng tôi biết hiện tại là loại nhựa thủy tinh, ổn định nhiệt này có thể được nấu chảy và tạo hình ở nhiệt độ cao hơn và khi nguội sẽ thành một loại nhựa cứng ở nhiệt độ môi trường“.

Một trong những mục tiêu tiếp theo là tìm hiểu một số tính chất cơ học của những polyme này. Tuy nhiên, vật liệu này có nhiều đặc điểm cấu trúc chất dẻo mà chúng ta sử dụng hàng ngày, vì vậy có nhiều hứa hẹn cho vô số ứng dụng.

Kết quả nghiên cứu của nhóm được công bố trên tạp chí ACS Macro Letters.

Ông nói: ”90% chất dẻo ngày nay được sản xuất từ ​​nhiên liệu hóa thạch hữu hạn với nhu cầu ngày càng tăng với tính sẵn có và giới hạn về mặt địa lý. Sản xuất vật liệu từ các nguồn tài nguyên tái tạo và đặc biệt là nhựa thông, có thể thu hoạch mà không làm chết cây, là một nỗ lực đáng ghi nhận”.

Alpha-pinen, phân tử phong phú nhất được tạo ra từ nhựa thông, rất khó biến thành chất dẻo nên hiện nay nó bị hạn chế sử dụng. Nó chủ yếu được tìm thấy trong chất tẩy rửa và dung môi làm từ nhựa thông.

Mark Yarolimek, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của FSU về hóa học polyme, người dẫn dắt nghiên cứu, lần đầu tiên biến đổi tổng hợp alpha-pinen để tạo ra hợp chất được gọi là delta-pinen. Ông nói: “Tôi đưa alpha-pinen qua một loạt các phản ứng hóa học, nhiều lần tinh chế, một số thử nghiệm và sai lầm, cuối cùng đã chứng minh thành công trong việc chuyển đổi nó thành delta-pinen. Sau khi chúng tôi thu được delta-pinen lỏng tinh khiết, tôi đã chuyển đổi nó thành nhựa xảy ra như một kết quả, poly-delta-pinen, thông qua một phản ứng hóa học cuối cùng”.

Yarolimek và Heather Bookbinder, người từng là nhà nghiên cứu về dự án trước khi tốt nghiệp cử nhân về sinh lý học vào năm 2020, sau đó đã thực hiện một loạt các “polymerizations” —các phản ứng hóa học để biến đổi các phân tử chất lỏng nhỏ thành các đại phân tử rắn — thử nghiệm mức độ hiệu quả của phân tử này đã trở thành một chất dẻo.

Các thử nghiệm này bao gồm việc đo lường mức độ chuyển hóa delta-pinen thành nhựa trong một phản ứng, các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát sự phát triển của phân tử tốt ra sao và sự thay đổi điều kiện ảnh hưởng đến vật liệu như thế nào.

Họ cũng mô tả các đặc tính vật liệu khác nhau của nhựa, chẳng hạn như nhiệt độ mà polyme nóng chảy và nhiệt độ nó có thể chịu được trước khi phân hủy, cũng như khám phá cấu trúc phân tử của vật liệu.

Brianna Coia, một nhà nghiên cứu sau đại học thuộc Tập đoàn Kennemur, đồng thời phân tích delta-pinene để hiểu liệu nó có sở hữu các đặc tính nhiệt động lực học thích hợp để trải qua phản ứng trùng hợp hay không.

Với các nguồn lực từ Trung tâm Máy tính Nghiên cứu FSU, Coia đã thực hiện các phép tính lý thuyết phiếm hàm mật độ và kết quả tính toán của bà song song với các phát hiện thử nghiệm của Yarolimek và Bookbinder.

Yarolimek cho biết việc chuyển đổi các phân tử sinh khối như vậy thành chất dẻo hiệu suất cao mới, như loại này, là điều cần thiết trong cuộc sống của chúng ta. Nhóm đã làm việc với Văn phòng Thương mại hóa FSU để đệ trình bằng sáng chế cho vật liệu mà họ phát hiện được.

Ông nói: “Thay vì lùi về thế kỷ 18 khi dầu mỏ cạn kiệt, việc chuyển sang nhựa sinh học sẽ cho phép chúng ta tiến xa hơn. Kennemur cho biết việc chế tạo nhựa sinh học mới chỉ là một nửa - phần còn lại liên quan đến kết quả cuối cùng của nhựa.

Đối với vật liệu hiệu suất cao này, việc có thời hạn sử dụng ngắn vì không thể phân hủy sinh học sẽ là điều không mong muốn, nhưng vẫn cần một phương pháp để tái chế. Điều đó có nghĩa là phát triển các quá trình phân hủy thông qua một kích thích hóa học.

Ông nói: “Nghiên cứu của chúng tôi được đầu tư vào cả hai. Chúng tôi tạo ra các vật liệu mới, nhưng chúng tôi cũng đang nghiên cứu khả năng tái chế hóa học của chúng. Chúng tôi đã làm ra loại nhựa mới này, nhưng đây mới chỉ là bước khởi đầu. Chúng tôi cũng cần học cách làm ra nhựa và chúng tôi có kế hoạch bắt đầu nghiên cứu”.

Kennemur cho biết các nhà nghiên cứu sinh của ông phần lớn xứng đáng được nhận phần thưởng cho khám phá này trong khi vai trò của ông là hướng dẫn họ. Bookbinder nói: “Trở thành một phần của nhóm nghiên cứu này có lẽ là một trong những trải nghiệm học hỏi và thú vị nhất mà tôi có được trong thời gian làm việc tại FSU. Theo tôi, trải nghiệm thực tế là cách học tập hấp dẫn nhất và có tác dụng lâu dài. Tôi sẽ nói về nghiên cứu và vai trò của tôi về trải nghiệm trong suốt phần đời còn lại của tôi”.

Chương trình Tài trợ Lập kế hoạch của FSU, do Hội đồng Nghiên cứu và Sáng tạo FSU, đã cung cấp tài trợ cho nghiên cứu này. Chương trình PG hỗ trợ các hướng đi mới hoặc tiếp tục hỗ trợ sớm các hoạt động nghiên cứu hoặc sáng tạo hiện có.

Trường Đại học Bang Florida

 Bình Minh dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ