Phương pháp hóa học mới để sản xuất nhựa cứng có khả năng phân hủy và tái chế

13/08/2020, 12:09

TNNN - Các nhà hóa học ở MIT vừa tìm ra phương pháp mới để sản xuất ra một loại nhựa nhiệt cứng có khả năng phân hủy thành dạng bột sau khi hết vòng đời sản phẩm.

Nhựa nhiệt cứng là một trong hai loại nhựa chính, cùng với nhựa nhiệt dẻo. Nhựa nhiệt dẻo bao gồm polyetylen và polypropylen, được sử dụng cho túi nhựa và các loại nhựa sử dụng một lần khác như giấy gói thực phẩm. Các vật liệu này được tạo ra bằng cách nung nóng các viên nhựa nhỏ cho đến khi chúng tan chảy, sau đó khuôn thành hình dạng mong muốn và để nguội. Nhựa nhiệt dẻo chiếm khoảng 75% sản lượng nhựa trên toàn thế giới, có thể được tái chế bằng cách nung nóng lại cho đến khi chúng trở thành chất lỏng và khuôn lại thành sản phẩm mới.

Nhựa nhiệt cứng được chế tạo theo một quy trình tương tự, nhưng một khi chúng được làm lạnh từ chất lỏng thành chất rắn, rất khó để đưa chúng trở lại trạng thái lỏng. Bởi vì các liên kết hình thành giữa các phân tử polymer là các liên kết hóa học mạnh, gọi là liên kết cộng hóa trị, rất khó bị phá vỡ. Khi được làm nóng, nhựa nhiệt cứng thường sẽ cháy trước khi chúng có thể hóa lỏng để khuôn lại.

Nhựa nhiệt cứng có mặt trong nhiều sản phẩm cần sức bền và khả năng chịu nhiệt cao, như thân vỏ xe ô tô hoặc các thiết bị điện. Nhược điểm của các loại nhựa nhiệt cứng là thường không thể tái chế sau khi sử dụng do chúng có các liên kết hóa học mạnh hơn so với các vật liệu khác như nhựa nhiệt dẻo.

Trong một nghiên cứu, do Peyton Shieh là tác giả thứ nhất, công bố trên tạp chí Nature, các nhà hóa học MIT cho biết, họ đã tạo ra một loại nhựa nhiệt cứng (polydicyclopentadiene - pDCPD) phân hủy thành dạng bột sau khi hết vòng đời sản phẩm.

Nhựa nhiệt cứng, thường dùng trong các bộ phận xe hơi và các thiết bị điện, phải bền và chịu nhiệt, nhưng thường không thể tái chế sau khi sử dụng. Các nhà hóa học MIT đã phát triển một cách tổng hợp nhựa nhiệt cứng mới, cho phép dễ dàng phá vỡ hơn và tái chế mà không ảnh hưởng đến độ bền cơ học của vật liệu.

Trước đó, Peyton Shieh cùng các cộng sự đã nghiên cứu cách tạo ra các polymer có thể phân hủy để vận chuyển thuốc vào cơ thể, bằng cách kết hợp với các monomer (đơn vị cấu tạo nên polymer) có chứa một nhóm silyl ether. Monomer này được phân phối ngẫu nhiên trong toàn bộ vật liệu polymer và khi vật liệu tiếp xúc với axit, bazơ hoặc các ion như florua, liên kết silyl ether bị phá vỡ. Nghiên cứu đã được công bố trong một bài báo vào năm 2019.

Sử dụng chiến lược tương tự từ bài báo năm 2019, nhóm nghiên cứu đã thêm các monomer silyl ether vào chất lỏng trước khi đóng khuôn tạo thành pDCPD. Họ phát hiện ra rằng, nếu monomer silyl ether chiếm từ 7,5 đến 10% nguyên liệu tổng thể, pDCPD sau khi đã hóa cứng sẽ giữ được độ bền cơ học của nó nhưng có khả năng phân hủy thành dạng bột hòa tan khi tiếp xúc với các ion florua. Jeremiah Johnson, tác giả chính của nghiên cứu, nói: "Chúng tôi có thể làm cho pDCPD phân hủy trong khi không làm tổn thương các tính chất cơ học hữu ích của nó".

Tiếp theo đó, các nhà nghiên cứu tìm cách tái sử dụng bột pDCPD bị phân hủy bằng cách hòa tan bột trong dung dịch tiền chất được sử dụng để tạo ra nhựa pDCPD mới.

Johnson nói: "Gần như không phân biệt được vật liệu mới [so với pDCPD cũ]".

Các nhà nghiên cứu tin rằng có thể áp dụng phương pháp này cho các loại hóa chất nhiệt khác và họ đang hy vọng thành lập một công ty để xin cấp phép và thương mại hóa công nghệ của mình.

Nguồn: Khoa học & Phát triển