Một nhóm các nhà khoa học vật chất tại Đại học Konstanz (Đức) mới đây đã tuyên bố phát triển thành công loại nhựa mới từ dầu thực vật, thân thiện với môi trường và có thể thay thế được chất liệu nhựa chúng ta vẫn đang sử dụng.
Theo báo cáo khoa học được đăng tải trên chí Nature, bằng việc tái cấu trúc lại cách các phân tử nhựa kết hợp với nhau, nhóm nghiên cứu có được loại nhựa đem đến hiệu quả gấp 10 lần các sản phẩm cũ và chúng có thể tái chế dễ dàng hơn bằng phương pháp hóa học.
Nhóm nghiên cứu cho biết, hầu hết các quy trình tái chế ngày nay đều dựa trên dây chuyền cơ khí. Rác thải nhựa sẽ được cắt nhỏ và chế biến thành vật liệu nhựa mới. Tái chế hóa chất đòi hỏi nhiệt độ cao hoặc các chất phá vỡ chuỗi phân tử nhựa. Độ bền của nhựa cũng là một trong những trở ngại ngăn cản quá trình tái chế hóa học: chúng quá dẻo và chắc chắn. Polyethylene là loại nhựa phổ biến nhất, cấu trúc của nó sẽ bị phân rã ở nhiệt độ 600 độ C. Đặc biệt, quá trình tái chế polyethylene bằng chất hóa học không đạt hiệu quả tốt.
Stegan Mecking, tác giả chính của nghiên cứu và cũng là người đứng đầu mảng khoa học vật chất tại Đại học Konstanz (Đức) cho biết: "Khả năng ổn định của các chuỗi hydrocarbon là vấn đề rất nan giải. Để có thể thực sự phân rã chúng thành những phân tử nhựa, ta cần một nhiệt độ đủ lớn, điều này tốn rất nhiều năng lượng. Kết quả thu lại cũng không được như những gì ta mong muốn".
Do đó, ông Mecking và cộng sự tạo ra loại nhựa mới mang những liên kết hóa học dễ bị phân rã hơn để tăng hiệu quả cho quá trình tái chế. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sử dung phương pháp nhúng loại nhựa mới vào ethanol hoặc methanol, thêm chất xúc tác và đặt vào trong mội trường ở nhiệt độ 120 độ C, nhựa sẽ ngay lập tức phân rã. Nếu không có chất xúc tác, quá trình tái chế cũng chỉ cần mức nhiệt 150 độ C là đã có thể đem đến kết quả tốt.
Sau khi có được sản phẩm sau tái chế, các nhà nghiên cứu làm nguội và tái tinh thể hóa thứ nhựa đã tan chảy rồi tiến hành lọc. Khi thử nghiệm với nhựa polycarbonate, nhóm nghiên cứu thu về được tới 96% lượng vật liệu tạo nên thứ nhựa tổng hợp.
Trong nghiên cứu mới này, các nhà hóa học phát hiện ra rằng khi nhựa có chứa màu nhuộm hoặc các sản phẩm phụ (như sợi carbon) khiến việc tái chế cơ khí trở nên khó khăn. Họ chọn dầu thực vật làm nhựa vì trong dầu thực vật có một chuỗi phân tử dài, so với dầu thô được sử dụng trong sản xuất nhựa hàng loạt, dầu thực vật thân thiện với môi trường hơn.
Loại nhựa mới có độ bền tương đương với polyethylene đậm đặc và thích hợp cho in 3D hơn cả polyethylene. Sau khi tái chế, nhựa gốc dầu thực vật vẫn giữ được các đặc tính của nó. Trở ngại duy nhất ngăn việc đại chúng hóa thứ vật liệu mới là giá thành quá cao. Ethylene là “viên gạch nền móng rẻ nhất được dùng để xây nên ngành công nghiệp hóa học”, vậy nên việc có thể cạnh tranh được với nhựa polyethylene ở thời điểm hiện tại là không thể.
Hiện tại, Giáo sư Mecking và các đồng nghiệp của ông đang nghiên cứu tính khả thi của chất dẻo mới trong in 3D. Ông nói thêm về việc tiếp tục phát triển các loại nhựa mới và mở rộng quy mô sản xuất.
An An