Các nhà khoa học biến chất thải nhựa thành chất đàn hồi bền vững có giá trị cao

Thách thức toàn cầu về chất thải nhựa, đặc biệt là polyetylen terephthalate (PET) từ các sản phẩm sử dụng một lần tạo ra hàng triệu tấn mỗi năm, đã tăng cường nỗ lực biến chất thải này thành vật liệu có giá trị cao hơn thông qua "tái chế nâng cấp". Bài viết này tìm hiểu tiềm năng khoa học và công nghiệp của polyester bán thơm tái chế hóa học, cụ thể là axit terephthalic có nguồn gốc từ PET tái chế giá trị thấp (rPET), để tổng hợp các chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo tiên tiến (TPE).

I. Tái chế chất thải polyester và phát triển vật liệu có giá trị cao

Chất thải PET toàn cầu từ chai và bao bì đòi hỏi các chiến lược tái chế có hiệu quả kinh tế, được phân loại thành ba phương pháp:

• Tái chế sơ cấp:Tái chế polyme riêng lẻ hoặc hỗn hợp cho các sản phẩm thứ cấp có yêu cầu hiệu suất thấp hơn.
• Tái chế thứ cấp:Tái chế nhiệt/vật lý thành sản phẩm mới.
• Tái chế cấp ba:Khử polyme bằng phương pháp nhiệt phân hoặc hóa học để thu hồi monome.

Nhu cầu pháp lý về tính bền vững đã thúc đẩy những đổi mới trong việc nâng cấp PET. Nghiên cứu tập trung vào việc thu hồi axit terephthalic từ rPET và tối ưu hóa các quy trình để kết hợp nó với các monome có nguồn gốc sinh học (ví dụ, ethylene glycol, butanediol hoặc diol có nguồn gốc từ furan) và polyete (PEG, PTHF) để tạo ra các vật liệu có giá trị thương mại.

II. Copolyme khối PBT-PTHF là TPE thế hệ tiếp theo

Axit terephthalic có nguồn gốc từ rPET có thể thay thế dimethyl terephthalate (DMT) trong quá trình tổng hợp polybutylene terephthalate (PBT) dưới dạng các phân đoạn cứng cho TPE. Các copolyme khối này kết hợp các phân đoạn cứng kết tinh (để ổn định nhiệt) với các phân đoạn vô định hình mềm (để linh hoạt ở nhiệt độ thấp), cho phép ứng dụng trong ô tô và hàng tiêu dùng.

Nghiên cứu này giới thiệu quy trình một bước trong đó rPET phản ứng với 1,4-butanediol (BDO) với sự có mặt của PTHF để trực tiếp tạo thành copolyme khối PBT-PTHF. Trong khi TPE dựa trên PBT chiếm ưu thế trong các ứng dụng kỹ thuật do quá trình kết tinh nhanh hơn so với các chất thay thế dựa trên PET, thì mối quan hệ cấu trúc-tính chất trong các hệ thống kết hợp các monome có nguồn gốc từ rPET vẫn chưa được khám phá.

III. Kiểm soát vi cấu trúc và hành vi pha

Đặc tính nâng cao cho thấy thành phần ảnh hưởng đến sự kết tinh như thế nào:

• Hệ thống giàu phân khúc cứngthể hiện sự phân tách pha rõ rệt, ảnh hưởng đến động học kết tinh và hình thành các cấu trúc dạng lớp.
• Hệ thống chiếm ưu thế phân khúc mềmcho thấy tác động tách microphase tối thiểu đến sự phát triển của tinh thể.

Kính hiển vi ánh sáng phân cực và tán xạ tia X chứng minh rằng chất đồng trùng hợp PBT-PTHF tạo thành các khối cầu, đuôi gai hoặc mạng dạng hạt tùy thuộc vào độ dài khối và điều kiện kết tinh. Đáng chú ý, các monome có nguồn gốc từ rPET tăng cường tốc độ kết tinh nhờ các chất xúc tác còn sót lại trong axit terephthalic tái chế mà không làm thay đổi hình thái vĩ mô.

IV. Tính bền vững và định hướng tương lai

Với việc các monome dựa trên hóa thạch sắp bị loại bỏ trong vòng hai thập kỷ, công trình này cung cấp một khuôn khổ để phát triển TPE tuần hoàn bằng cách sử dụng chất thải PET và các monome dựa trên sinh học. Khả năng điều chỉnh hành vi kết tinh thông qua thiết kế copolyme khối, đồng thời tận dụng nguyên liệu tái chế, mang đến một mô hình có thể mở rộng cho các vật liệu bền vững hiệu suất cao.