Các nhà nghiên cứu tại Cornell tạo ra loại nhựa bền và có thể tái chế đầu tiên
Bởi Đại học Cornell
Ngày 3 tháng 2 năm 2025
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã phát triển một giải pháp thay thế có thể tái chế cho nhựa nhiệt rắn, loại nhựa được sử dụng rộng rãi nhưng hiện không thể tái chế. Giải pháp của họ dựa trên dihydrofuran (DHF), một monome có nguồn gốc sinh học tạo thành vật liệu bền nhưng có thể phân hủy. Không giống như nhựa nhiệt rắn thông thường, vật liệu gốc DHF có thể được tái chế hóa học trở lại thành các khối xây dựng ban đầu của chúng hoặc phân hủy tự nhiên thành các thành phần lành tính.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một giải pháp thay thế có thể tái chế, có nguồn gốc sinh học cho nhựa nhiệt rắn bằng cách sử dụng dihydrofuran (DHF).
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã phát triển một giải pháp thay thế có thể tái chế cho nhựa nhiệt rắn, một loại vật liệu bền thường được sử dụng trong lốp ô tô, khớp hông thay thế và bóng bowling.
Nhựa nhiệt rắn được đặc trưng bởi cấu trúc polyme liên kết chéo đảm bảo độ bền và tuổi thọ vượt trội. Tuy nhiên, chính cấu trúc này đã khiến cho các loại nhựa nhiệt rắn truyền thống có nguồn gốc từ hóa dầu - chiếm 15% đến 20% tổng số polyme được sản xuất - không thể tái chế.
"Hiện tại, không có phần trăm vật liệu nhựa nhiệt rắn nào trên thế giới được tái chế - chúng bị đốt cháy hoặc bị vứt vào bãi rác", Brett Fors, giáo sư hóa học và sinh học hóa học tại Cornell cho biết.
Một giải pháp có thể tái chế dựa trên sinh học
Phòng thí nghiệm Fors đã giải quyết thách thức về môi trường đó bằng cách tạo ra một giải pháp thay thế được làm từ vật liệu có nguồn gốc sinh học có độ bền và tính dễ uốn của nhựa nhiệt rắn nhưng có thể dễ dàng tái chế và phân hủy.
"Toàn bộ quá trình, từ tạo ra đến tái sử dụng, thân thiện với môi trường hơn so với các vật liệu hiện tại", Reagan Dreiling, một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong lĩnh vực hóa học và là tác giả đầu tiên của bài báo được công bố trên tạp chí Nature, cho biết.
Nhóm Fors nghiên cứu dihydrofuran (DHF), một monome - hoặc khối xây dựng hóa học - có thể được tạo ra từ vật liệu sinh học và có khả năng cạnh tranh với nguyên liệu đầu vào từ dầu mỏ.
Vật liệu mới hoạt động như thế nào
Dreiling sử dụng DHF, một monome tròn có liên kết đôi, làm khối xây dựng cho hai lần trùng hợp liên tiếp, lần thứ hai tạo ra một polyme liên kết chéo có thể tái chế thông qua quá trình gia nhiệt và sẽ phân hủy tự nhiên trong môi trường.
Các vật liệu nhiệt rắn DHF cho thấy các đặc tính tương đương với các vật liệu nhiệt rắn thương mại, bao gồm polyurethane mật độ cao (được sử dụng trong các thiết bị điện tử, bao bì và giày dép, ví dụ) và cao su etylen propylen (được sử dụng trong ống nước tưới vườn và dải chắn thời tiết ô tô).
Trái ngược với các vật liệu nhiệt rắn hóa dầu hiện tại, các vật liệu gốc DHF mang lại nền kinh tế tuần hoàn khi sử dụng, Fors cho biết. Có thể tái chế về mặt hóa học, vật liệu này có thể được chế tạo lại thành monome khối xây dựng của nó và sử dụng lại từ đầu. Và khi một số vật liệu không thể tránh khỏi rò rỉ vào môi trường, những vật liệu này sẽ phân hủy theo thời gian thành các thành phần lành tính.
Các nhà nghiên cứu đang hướng tới các ứng dụng, bao gồm việc biến vật liệu gốc DHF thành vật liệu hữu ích cho in 3D. Họ cũng đang thử nghiệm để mở rộng các đặc tính với các monome bổ sung.
“Chúng tôi đã dành 100 năm để cố gắng tạo ra các loại polyme tồn tại mãi mãi, và chúng tôi nhận ra rằng thực ra đó không phải là điều tốt”, Fors cho biết. “Bây giờ chúng tôi đang tạo ra các loại polyme không tồn tại mãi mãi, có thể bị phân hủy trong môi trường”.
Tài liệu tham khảo: “Degradable thermosets via orthogonal polymerizations of a single monome” của Reagan J. Dreiling, Kathleen Huynh và Brett P. Fors, ngày 29 tháng 1 năm 2025, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-024-08386-w
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.
