Hàng triệu tấn polyurethane đang được sản xuất và góp mặt trong đời sống ngày nay, từ xốp, nhựa, vật liệu xây dựng đến giày thể thao. Nhưng khi người ta không sử dụng chúng nữa, những đồ dùng chứa PU, hoặc sẽ kết thúc vòng đời ở bãi rác, hoặc bị đốt bỏ, gây tiêu tốn rất nhiều năng lượng và tạo ra các sản phẩm phụ độc hại.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp giúp phân giải và tái chế PU.

Mẫu polyurethane phân hủy được (màu hồng) phình ra và phân hủy trong dung dịch axit và dung môi hữu cơ (lọ bên trái mỗi ảnh), và giữ nguyên hiện trạng trong dung dịch axit với nước (lọ bên phải). Nguồn: Steven Zimmerman/ Ephraim Morado.

“Chúng tôi muốn tạo ra một loại PU thế hệ mới có thể dễ dàng phân hủy và tái xử lý thành vật liệu mới phục vụ thị trường, như keo dính hoặc sơn chẳng hạn.”, theo Ephraim Morado, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tham gia trình bày dự án trong khuôn khổ Phiên họp và Triển lãm Quốc gia kỳ mùa Thu 2019 của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS).

Khi sản phẩm hết tuổi thọ sử dụng, loại PU mới có thể dễ dàng phân giải, tạo thành vật liệu phục vụ sản xuất sản phẩm khác. Để tạo khả năng phân hủy, Morado đã thêm vào một loại hydroxyl acetal, đóng vai trò như một monome (phân tử có liên kết hóa học tới các phân tử khác để hình thành polyme), bên cạnh các monome tiêu chuẩn. Với loại acetal mới tự phát minh, Morado đã phân giải thành côngPU trong môi trường không nước. Morado phát hiện dung dịch axit trichloroacetic trong dichloromethane – một dung môi hữu cơ, có thể phân giải PU ở nhiệt độ phòng chỉ trong 3 giờ đồng hồ, tiết kiệm năng lượng hơn rất nhiều so với môi trường xử lý đốt PU với nhiệt độ lên tới 760 độ C. Khi thả vào trong dung dịch dicholoromethane, các phân tử PU sẽ phình ra, cho phép axit xâm nhập vào bên trong chuỗi phân tử và bẻ gãy các liên kết tại nơi có phân tử acetal. Quá trình phân giải đồng thời giải phóng các monome cồn có thể được sử dụng để sản xuất các loại chất kết dính với hiệu quả ngang ngửa keo siêu dính hiện có.

Ngoài ra, Morado còn tạo ra thêm các loại PU chứa acetal khác có thể phân hủy được khi tiếp xúc với ánh sáng. Những loại PU này được sử dụng làm các viên nang siêu nhỏ chứa thuốc diệt cỏ hoặc thuốc diệt vi sinh vật nhằm tiêu diệt con hà và các sinh vật khác bám vào đáy tàu, thuyền.

Đồng hành với Morado còn có tiến sĩ Steven Zimmerman, giám sát chính của dự án, sở hữu một phòng thí nghiệm tại Đại học Illinois cơ sở Urbana-Champaign. Trong những thí nghiệm ban đầu, nhóm nghiên cứu sử dụng một loại acetal đặc biệt chứa i-ốt nhằm tạo ra các loại polyme phân hủy được và polyacrylamide dạng gel. PU lúc này đã phân hủy được trong dung dịch nước có tính axit nhẹ.

Hiện nay, Morado và Zimmerman đang hợp tác phát triển thêm các loại chất kết dính có thể phân hủy chỉ với vài giọt axit trong dung môi dichloromethane. Sản phẩm này được cho là có tiềm năng ứng dụng trong thiết kế bảng mạch, giúp tháo rời và thay thế các con chip bị hỏng mà không phải thay cả bảng. Nhóm nghiên cứu cũng không ngừng tạo ra các loại PU có khả năng phân hủy dưới những điều kiện nhẹ nhàng hơn, ví dụ như trong giấm, kì vọng chúng được ứng dụng trong các sợi chỉ khâu y tế hoặc thiết bị gia dụng như móc treo, v.v.

Dự án nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Illinois và Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Nguồn: https://scitechdaily.com/degradable-polyurethane-gives-its-components-a-second-life/