Polymer tái chế hóa học phát triển nhựa bền vững

Trong nghiên cứu gần đây, TS Junpeng Wang, PGS tại Trường Khoa học polymer và Kỹ thuật polymer thuộc Đại học Akron (UA) đưa ra giải pháp nhằm giảm thiểu chất thải và hình thành lộ trình khoa học để sử dụng nhựa bền vững trong tương lai đối với các ngành công nghiệp quan trọng như cao su, lốp xe, ô tô và trang thiết bị điện tử.

Sự thống trị của polymer tổng hợp dựa vào tính ổn định tuyệt vời và những đặc tính cơ học linh hoạt. Nhưng do độ bền phân tử cao, những phế thải của các polymer này tích tụ trong đất và đại dương, gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối với hệ sinh thái.

Mặt khác, hơn 90% những polymer này có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn như dầu mỏ và than đá, trong tương lai sản xuất loại vật liệu này không bền vững nếu không thể tái chế và tái sử dụng.

Một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết những thách thức về tính bền vững của nhựa là thay thế các polymer hiện tại bằng những polymer có thể tái chế để đạt được mục đích sử dụng vật liệu theo phương thức xoay vòng. Mặc dù có những tiến bộ vượt bậc, rất ít polymer có thể tái chế mà vẫn giữ được những tính chất ổn định nhiệt tuyệt vời và các đặc tính cơ học hiệu suất cao của polymer truyền thống.

Loại vật liệu có thể tái chế mà nhóm nhà khoa học của PGS Wang phát triển độc đáo do vẫn sở hữu tính ổn định nhiệt vượt trội và những đặc tính cơ học linh hoạt. 

PGS Wang nói: “Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến những polymer tái chế hóa học. Những polymer này có thể được chia nhỏ thành những thành phần (monomer), tạo ra dòng nhựa tổng hợp. Những monomer tái chế được sử dụng lại sản xuất polymer, cho phép quay vòng vật liệu".

Vấn đề then chốt trong thiết kế polymer có thể tái chế về mặt hóa học là xác định đúng monomer. Thông qua tính toán và thử nghiệm, các nhà nghiên cứu xác định được một monomer mục tiêu. Sau đó điều chế monomer, chế tạo polymer bằng phương pháp tổng hợp hóa học, sử dụng rất nhiều những nguyên liệu có sẵn ban đầu.

Giải pháp điều chế monomer, chế tạo các polymer tái chế hóa học để sản xuất vật liệu nhựa tổng hợp.

 Khi các chất xúc tác không có hoặc bị loại bỏ, những polymer này sẽ có độ ổn định cao, những tính chất nhiệt và cơ học của polymer có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu các ứng dụng khác nhau.

PGS Wang cho biết: “Những polymer có thể tái chế hóa học mà chúng tôi phát triển cho thấy tính ổn định nhiệt tuyệt vời với những đặc tính cơ học mạnh mẽ, có thể được sử dụng để chế tạo cả cao su và nhựa. Chúng tôi kỳ vọng vật liệu này sẽ là một ứng viên hấp dẫn thay thế các polymer hiện tại. Thiết kế phân tử được phát triển từ những tính toán, tích hợp từ chương trình máy tính và những thử nghiệm thực tế. So với các polymer có thể tái chế khác, những polymer mới của chúng tôi có tính ổn định cao hơn và những đặc tính cơ học linh hoạt hơn. Khi thêm chất xúc tác, polymer phân hủy thành monomer cấu phần để tái chế".

Nhiệm vụ tiếp theo của nhóm nghiên cứu là mở rộng phạm vi nghiên cứu những polymer có thể tái chế hóa học, phát triển những vật liệu tổng hợp polymer gia cố bằng sợi nanocarbon. Nhóm cũng phân tích hiệu quả kinh tế quy trình công nghiệp và vòng đời khai thác sử dụng để thương mại hóa polymer tái chế hóa học.