Một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết những thách thức tính bền vững của nhựa là thay thế các polymer hiện nay bằng những polyme tái chế hóa học, có thể khử phân tử thành các cấu phần monome cấu thành của chúng để cho phép sử dụng vật liệu xoay vòng.
Nhờ những tiến bộ khoa học, nhựa có tính bền vững rất cao và đang trở
lên thân thiện với môi trường. Nhưng thế giới tiếp tục bị ô nhiễm do
nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhựa tổng hợp để sản xuất đại đa số
những sản phẩm thông dụng.
Trong nghiên cứu gần đây, TS Junpeng Wang, PGS tại Trường Khoa học
Polyme và Kỹ thuật Polyme 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.
Mặc dù công trình được UA tài trợ, PGS Wang giành được Giải thưởng
CAREER của Quỹ Khoa học Quốc gia, hỗ trợ cho những phát triển tiếp theo
từ nghiên cứu này.
Vấn đề được đặt ra: Polyme tổng hợp như cao su và nhựa được sử dụng
trong hầu hết mọi hoạt động cuộc sống hàng ngày. 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.
Một vấn đề quan trọng nữa là hơn 90% những polyme này có nguồn gốc từ
các nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn hư 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 hưu tính ổn định nhiệt vượt trội và những đặc
tính cơ học linh hoạt. Bản báo cáo công trình nghiên cứu, "Các polymer
có thể tái chế hóa học dựa trên cơ sở tổng hợp Olefin, được kích hoạt
bởi các monomer vòng hợp nhất" được xuất bản trên tạp chí Nature
Chemistry.
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 này. "Những monomer tái chế được sử
dụng lại sản xuất polymer, cho phép quay vòng vật liệu, không chỉ bảo
tồn nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn được sử dụng trong sản xuất
nhựa mà còn giải quyết vấn đề tích tụ rác thải nhựa không mong muốn cuối
vòng đời."
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, nhóm nhà khoa học
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.
Nhóm nghiên cứu của PGS Wang, gồm các nghiên cứu sinh khoa học
polymer và nghiên cứu sinh sau tiến sỹ đang nỗ lực giải quyết những
thách thức đó bằng giải pháp phát triển những polymer, có thể được chia
nhỏ thành các cấu phần. Khi các chất xúc tác khử trùng hợp 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 polyme
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 của PGS Wang 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.