Tre, nguyên liệu thay thế polymer

Tre sử dụng như nguyên liệu bền vững, thân thiện môi trường, có thể phân hủy sinh học 100%. Tre có những đặc điểm vô cùng thuận lợi: Tre không cần phân bón để phát triển vì sức sống mạnh mẽ và có thể trồng ở đất bạc màu và nhanh chóng phát triển thành rừng.

Tre là một trong những loài thực vật phát triển nhanh nhất trên hành tinh với tốc độ gần 4 cm mỗi giờ (khoảng 90 cm mỗi ngày). Đặc tính này cho phép thu hoạch tre 3-5 năm một lần, nhanh hơn nhiều so với 20-60 năm thường từ gỗ truyền thống.

Một trong những đặc tính quý giá là, tre làm giảm lượng khí thải carbon do hấp thụ carbon dioxide nhiều hơn bốn lần và tạo ra nhiều hơn khoảng 35% oxy so với cây thông thường.

Bền vững hơn bê tông nhưng linh hoạt đến mức có thể được sử dụng làm giấy, loại nguyên liệu này có thể cung cấp cho những ứng dụng đa dạng từ quần áo đến đóng tàu thuyền, đóng đồ nội thất và sử dụng trong xây dựng. Những đặc tính cơ học đáng ngạc nhiên của tre khiến tiềm năng ứng dụng công nghệ rộng rãi đến vô cùng.

Để tăng cường những tính năng cơ học của tre tự nhiên, thường phải xử lý cây tre trước bằng phương pháp tẩy trắng, hơi nước bão hòa và dầu nóng. Nhưng kết quả của những quá trình này chỉ cải thiện một phần độ bền sức kéo và uốn của tre qua xử lý, độ bền kéo cơ học đạt được thấp hơn 10 - 20 lần so với giới hạn lý thuyết.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Maryland, Mỹ dưới sự lãnh đạo của GS Liangbing Hu phát triển một phương pháp hiệu quả và chi phí thấp để sản xuất các nguyên liệu từ tre, khối lượng nhẹ và mật độ phân tử lớn, bền vững.

Phương pháp này khá đơn giản, cắt tre hình ống và loại bỏ các đốt bên trong, làm mềm bằng hơi nước áp suất cao và sau đó làm phẳng thành miếng nguyên liệu bằng máy ép ngang gia nhiệt.

Toàn bộ quá trình này, tạo ra miếng nguyên liệu được gọi là “tre đặc”, khác biệt hoàn toàn với miếng tre tự nhiên. Hàm lượng hemixenlulo và lignin có trong tre ban đầu bị loại bỏ một phần, tăng cường lượng xenlulo.

Ở kích thước vi mô, các sợi xenlulo còn lại liên kết tốt hơn và những chuỗi phân tử xenlulo xích lại gần nhau hơn, tạo điều kiện hình thành liên kết hydro và tăng cường lực liên kết phân tử. Quy trình này nâng cao đáng kể mật độ phân tử của vật liệu và quan trọng nhất là cải thiện rất nhiều những tính chất cơ học.

Cường độ cụ thể đo được của nguyên liệu tre nén phân tử là 777 MPa cm3 g-1, cao hơn nhiều so với những vật liệu thông thường, được sử dụng trong các kết cấu như polymer, nhựa, hợp kim và thậm chí cả thép.

A) Sơ đồ minh họa sự chuyển hóa tre tự nhiên thành tre đặc. B) Độ bền kéo cụ thể so với độ cứng cụ thể của tre đặc so với các vật liệu tự nhiên khác, thép chế tạo và hợp kim kim loại mạnh. C) Tốc độ sinh trưởng của các loài tre, nứa và các loại gỗ khác nhau.

Trong tương lai, loại nguyên liệu này có thể được chế tạo các loại vật liệu thông dụng trong đời sống, thay thế những vật liệu hiện nay đang là mối đe dọa nguy hiểm đối với môi trường vì một hành tinh sạch hơn và cuộc sống bền vững hơn.