Vật liệu tái chế từ rác thải nhựa có độ bền cao phù hợp với công nghệ in 3D

Vật liệu mới được tái chế từ rác thải nhựa có độ bền, độ dẻo cao, quy trình sản xuất đơn giản dễ áp dụng góp phần gia tăng hiệu quả sản xuất, làm giảm rác thải nhựa và cắt giảm lượng khí thải carbon gắn liền với sản xuất nhựa.

Vật liệu mới phù hợp với công nghệ in 3D có cấu trúc phức tạp. Nguồn: Genevieve Martin  - ORNL, Cục Năng lượng Hoa Kỳ

Mỗi năm có khoảng 400 triệu tấn chất thải nhựa được tạo ra, trong đó chỉ có khoảng dưới 10% chất thải nhựa được tái chế, phần còn lại được xử lý chôn lấp hoặc thải trực tiếp ra môi trường. Vì vậy các vật liệu mới với độ bền cao có nguồn gốc từ nhựa tái chế đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết thách thức về chất thải nhựa toàn cầu.

Các nhà khoa học thuộc phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge – Mỹ (ORNL) đã giới thiệu một phương pháp mới chuyển ABS từ rác thải nhựa thành vật liệu mới đáp ứng được những cấu trúc 3D phức tạp, bền hơn, tiết kiệm tài nguyên hơn các phương pháp hiện có.

FFF (Fused Filament Fabrication) là kỹ thuật sử dụng vật liệu polymer nhựa nhiệt dẻo dạng sợi để tạo ra các vật thể 3D bằng cách chồng các lớp vật liệu lên nhau. Công nghệ FFF yêu cầu vật liệu có thể phải có độ dẻo, dai dễ dàng đùn hoặc đẩy qua vòi phun được làm nóng để tạo thành các sợi của cấu trúc 3D, phân theo từng lớp, giống như cuộn dây.

ABS (acrylonitrile butadiene styrene) là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến được tìm thấy trong các vật dụng hàng ngày, từ phụ tùng ô tô, bóng tennis cho đến các khối lego. Nó có tính dẻo, phản ứng với nhiệt, có thể chảy dễ dàng và đông cứng nhanh chóng thành các cấu trúc cứng, chắc, nên được sử dụng phổ biến trong công nghệ FFF. Tuy nhiên, ABS hiện có trên thị trường vẫn chưa đáp ứng được cho những cấu trúc 3D có yêu cầu tính liên kết cao và các lớp chồng xếp phức tạp.

Với mục tiêu phát triển một quy trình đơn giản, dễ áp dụng nhằm tái sử dụng chất thải nhựa để tạo ra một vật liệu có giá trị hơn. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phản ứng click để chuyển hóa thành phần hóa học của ABS có nguồn gốc từ rác thải nhựa thành nhựa thủy tinh - một loại nhựa mới vừa có khả năng xử lý và tái chế của nhựa nhiệt dẻo vừa có các đặc tính cơ học vượt trội hơn hẳn ABS hiện có. Phức hợp nhựa mới được trộn với một số hợp chất phụ gia phổ biến và xử lý nhiệt tạo thành ABS mới.

Vật liệu ABS mới đạt được độ bền và độ dẻo dai xấp xỉ gấp đôi ABS cũ, có thể thích ứng các cấu trúc hình học phức tạp được in 3D theo mô hình cánh bọ cánh cứng. Vật liệu mới có thể sử dụng kết hợp với các hỗn hợp ABS cũ với phương pháp in trực tiếp hỗn hợp. Đồng thời , nó cũng có thể dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp nếu có nhu cầu.

Để kiểm tra tính kháng dung môi của vật liệu mới, nhóm nghiên cứu cũng đã hòa tan hỗn hợp các chất thải nhựa bao gồm cả ABS mới trong nhiều dung môi khác nhau. Kết quả cho thấy ABS mới vẫn duy trì cấu trúc của nó, trong khi tất cả các loại nhựa khác bao gồm ABS cũ đều hòa tan hoàn toàn.

Khả năng kháng dung môi cao cho phép nhóm nghiên cứu dễ dàng tách ABS mới khỏi chất thải nhựa hỗn hợp. ABS mới sau khi được thu hồi có thể được sử dụng lại nhiều lần cho FFF mà không bị mất đặc tính của nó.

Ông Tomonori Saito, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: “Nghiên cứu này đã đưa ra một quy trình khép kín để sản xuất các mặt hàng nhựa từ chất thải nhựa với giá trị và hiệu suất cao hơn”. Việc phát triển các vật liệu mới, có thể tái chế với các đặc tính ưu việt cho FFF tạo ra cơ hội tác động lớn đến sản xuất nhựa và mở rộng năng lực sản xuất phụ gia.

Các kết quả được công bố trên Science Advances

Diệu Huyền (CESTI) – Theo Techxplore.com