Vật dụng nào xung quanh chúng ta được làm từ vật liệu tổng hợp? Hầu như tất cả. Vật liệu tổng hợp là một phần quan trọng trong cuộc sống hiện đại của chúng ta, xuất hiện trong mọi thứ, từ ô tô đến quần áo chúng ta mặc và điện thoại chúng ta cầm.
Vật liệu tổng hợp thường bền hơn, nhẹ hơn và bền hơn vật liệu tự nhiên, và chúng có thể được thiết kế để có các đặc tính cụ thể cho các mục đích cụ thể. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các loại vật liệu tổng hợp khác nhau và cách chúng được sử dụng trong suốt lịch sử loài người.
1. Có bao nhiêu loại chất liệu tổng hợp?
Số lượng chính xác của các loại chất liệu tổng hợp rất khó xác định vì liên tục có những loại mới được phát triển.
Trong số các chất liệu tổng hợp phổ biến nhất có thể kể đến bao gồm:
1.1. Nhựa
Hình 1. Nhựa là một loại chất liệu tổng hợp đa dạng được làm từ dầu mỏ, than đá hoặc khí tự nhiên.Nhựa là chất liệu "tắc kè hoa", có thể thích nghi với bất kỳ hình dạng hoặc chức năng nào. Nó được tìm thấy trong mọi thứ, từ bao bì thực phẩm, thiết bị y tế, vật liệu xây dựng đến đồ điện tử.
- Polyethylene (PE): PE là loại nhựa phổ biến nhất trên thế giới và được sử dụng để sản xuất nhiều loại sản phẩm, bao gồm túi, chai và màng.
- Polypropylene (PP): PP là loại nhựa bền và chắc được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như bao bì thực phẩm, phụ tùng ô tô và thiết bị y tế.
- Polyvinyl clorua (PVC): PVC là một loại nhựa đa năng có thể được sử dụng để sản xuất nhiều loại sản phẩm, bao gồm đường ống, sàn và vách ngoài.
- Polyethylene terephthalate (PET): PET là một loại nhựa trong và bền được sử dụng để làm chai nước giải khát, bao bì thực phẩm và sợi quần áo.
- Polyethylene mật độ cao (HDPE): HDPE là loại nhựa chắc chắn và bền được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như bình sữa, bình đựng chất tẩy rửa và các bộ phận đồ chơi.
1.2. Dệt may
Hình 2: Polyester và nylon thường được sử dụng trong dệt may quần áo
Dệt may là vật liệu tổng hợp được làm từ sợi. Sợi có thể là tự nhiên hoặc tổng hợp. Sợi tổng hợp được làm từ dầu mỏ, than đá hoặc khí tự nhiên.
- Polyester: Polyester là một loại sợi bền và chắc, thường được sử dụng để làm quần áo, thảm và các đồ nội thất gia đình khác.
- Nylon: Nylon là một loại sợi bền và đàn hồi, thường được sử dụng để làm quần áo, tất và dù.
- Acrylic: Acrylic là một loại sợi mềm và ấm, thường được sử dụng để làm áo len, chăn và các loại vải dệt khác.
- Spandex: Spandex là một loại sợi rất đàn hồi, thường được sử dụng để làm đồ bơi, đồ thể thao và các loại quần áo bó sát khác.
1.3. Chất đàn hồi
Chất đàn hồi là những vật liệu có tính đàn hồi cao, giống như dây cao su. Chúng có thể giãn ra và co lại nhiều lần mà không bị biến dạng. Những vật liệu này được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ lốp xe, miếng đệm đến ống mềm.
Cao su tổng hợp được làm từ dầu mỏ, than đá hoặc khí tự nhiên. Silicone là một loại cao su tổng hợp được biết đến với khả năng chịu nhiệt và trơ hóa học.
1.4. Chất kết dính
Chất kết dính là vật liệu tổng hợp được sử dụng để kết nối các vật liệu lại với nhau. Chúng có sẵn ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm chất lỏng, chất rắn và băng.
- Chất kết dính Epoxy: Chất kết dính Epoxy là chất kết dính chắc chắn và bền, được sử dụng để liên kết nhiều loại vật liệu, bao gồm kim loại, gỗ và nhựa.
- Chất kết dính acrylic: Chất kết dính acrylic là chất kết dính khô nhanh, được sử dụng để liên kết nhiều loại vật liệu, bao gồm giấy, bìa cứng và kim loại.
- Chất kết dính Cyanoacrylate: Chất kết dính Cyanoacrylate là chất kết dính rất mạnh, được sử dụng để liên kết nhiều loại vật liệu, bao gồm kim loại, nhựa và cao su.
1.5. Lớp phủ
Hình 3. Sân cỏ nhân tạo ngày càng trở nên phổ biến trong các lĩnh vực thể thao
Lớp phủ là vật liệu tổng hợp được áp dụng cho bề mặt để bảo vệ hoặc tạo cho bề mặt vẻ ngoài mong muốn. Lớp phủ có sẵn ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm sơn, vecni và sơn mài.
- Sơn kiềm: Sơn kiềm là loại sơn có độ bền cao được sử dụng để bảo vệ cả bề mặt bên trong và bên ngoài.
- Sơn latex: Sơn latex là loại sơn gốc nước, dễ thi công và khô nhanh. Chúng thường được sử dụng để sơn tường nội thất.
- Sơn men: Sơn men là loại sơn cứng và bóng được sử dụng để sơn cả bề mặt bên trong và bên ngoài, bao gồm gỗ, kim loại và nhựa.
Tìm hiểu thêm về quá trình tạo ra vật liệu tổng hợp: Vật liệu tổng hợp là gì?
2. Ví dụ về vật liệu tổng hợp
Hình 4. Gỗ tổng hợp là giải pháp thay thế bền bỉ và ít cần bảo trì2.1. Chai nhựa, túi xách và bao bì thực phẩm
Nhựa là một nhóm vật liệu tổng hợp đa dạng được làm từ dầu mỏ. Nhựa nhẹ, bền và rẻ tiền, khiến chúng trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng, bao gồm chai, túi và bao bì thực phẩm.
2.2. Quần áo tổng hợp, polyester, nylon và spandex
Quần áo tổng hợp được làm từ sợi nhân tạo, chẳng hạn như polyester, nylon và spandex. Chúng thường rẻ hơn, bền hơn và dễ chăm sóc hơn quần áo sợi tự nhiên, chẳng hạn như cotton và len.
2.3. Lốp cao su và linh kiện ô tô
Cao su là một loại vật liệu tổng hợp được làm từ nhựa cây cao su hoặc từ dầu mỏ. Chúng được sử dụng để sản xuất nhiều loại sản phẩm, bao gồm lốp xe, ống mềm và miếng đệm. Cao su cũng được ứng dụng sản xuất trong nhiều bộ phận ô tô, chẳng hạn như vòng đệm và dây đai.
2.4. Các thiết bị y tế, van tim nhân tạo và cấy ghép
Vật liệu tổng hợp được sử dụng để chế tạo nhiều loại thiết bị y tế, bao gồm van tim nhân tạo, thiết bị cấy ghép và dụng cụ phẫu thuật. Chúng cũng được sử dụng để làm chỉ khâu, băng và các vật tư y tế khác.
2.5. Vật liệu xây dựng, vật liệu cách nhiệt và vách ngoài
Vật liệu tổng hợp được sử dụng để sản xuất nhiều loại vật liệu xây dựng, chẳng hạn như vật liệu cách nhiệt, vách ngoài và vật liệu lợp mái. Nhờ có nhiều tính chất ưu việt, chúng cũng được sử dụng để làm thảm, sàn nhà và các đồ nội thất khác trong nhà.
2.6. Điện tử, vỏ máy tính và màn hình điện thoại di động
Vật liệu tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong sản xuất điện tử, từ vỏ máy tính, màn hình đến bảng mạch và linh kiện.
3. Tác động của vật liệu tổng hợp tới xã hội và môi trường
Vật liệu nhân tạo đã tác động đáng kể đến cả môi trường và xã hội. Chúng đã biến đổi rất nhiều nền kinh tế và các hoạt động hàng ngày. So với nhiều vật liệu tự nhiên, chúng mạnh hơn, nhẹ hơn và bền hơn. Chúng cũng có thể được chế tạo để có những đặc tính nhất định cho những mục đích sử dụng cụ thể.
Tác động xã hội
Hình 5. Vật liệu tổng hợp có ở xung quanh chúng ta và chúng đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Vật liệu tổng hợp thường rẻ hơn để sản xuất so với vật liệu tự nhiên, điều này khiến chúng có giá cả phải chăng hơn đối với người tiêu dùng ở các nước đang phát triển, nơi người dân có thể có thu nhập hạn chế.
Theo nghiên cứu của Viện Tài nguyên Thế giới, chi phí trung bình của quần áo làm từ sợi tổng hợp là 3,40 USD, trong khi giá trung bình của quần áo làm từ sợi tự nhiên là 10,50 USD. Điều này ngụ ý rằng việc sử dụng vải tổng hợp sẽ cho phép khách hàng mua nhiều quần áo hơn với số tiền họ bỏ ra.
Hơn nữa, vật liệu tổng hợp dễ kiếm hơn vật liệu tự nhiên. Điều này là do tài nguyên thiên nhiên thường bị hạn chế, trong khi vật liệu tổng hợp có thể được sản xuất với số lượng lớn.
Chăm sóc sức khỏe đã trải qua một sự chuyển đổi nhờ vật liệu tổng hợp. Vô số bệnh tật như ung thư, bệnh thần kinh và bệnh tim được điều trị bằng các thiết bị y tế tổng hợp.
Một phương pháp điều trị bằng phẫu thuật được gọi là kích thích não sâu (DBS) đòi hỏi phải cấy ghép một thiết bị vào não để gửi các xung điện đến các vùng cụ thể của não. Các rối loạn thần kinh như run vô căn, loạn trương lực cơ và bệnh Parkinson đều đã được chứng minh là đáp ứng tốt với điều trị DBS.
Tác động môi trường
Vật liệu tổng hợp có thể gây ô nhiễm môi trường theo ba cách: rác nhựa, chất thải sản xuất và khí nhà kính.
Rác nhựa gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho các bãi rác và đại dương của chúng ta. Một số quy trình sản xuất vật liệu tổng hợp có thể đưa các chất ô nhiễm và khí nhà kính vào khí quyển, bao gồm các chất độc hại như dioxin và furan.
Các mảnh vụn nhựa có thể bị chim biển và các loài sinh vật biển khác nhầm là thức ăn, sau đó chúng có thể ăn phải và bị thương hoặc tử vong. Chúng cũng có thể bị mắc kẹt trong các vật dụng và bị thương hoặc chết.
Biến đổi khí hậu cũng có thể trở nên trầm trọng hơn do vật liệu tổng hợp. Khí nhà kính được thải ra môi trường trong quá trình sản xuất nhựa, góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính và dẫn đến biến đổi khí hậu.
4. Tương lai của vật liệu tổng hợp
Hình 6. Vật liệu tổng hợp đang được sử dụng để phát triển các công nghệ năng lượng tái tạo mới
Tiềm năng của vật liệu tổng hợp để cách mạng hóa năng lượng tái tạo và viễn thông thực sự rất đáng chú ý.
- Pin mặt trời: Các vật liệu tổng hợp như perovskites và chất bán dẫn hữu cơ đang được sử dụng để phát triển pin mặt trời mới hiệu quả hơn và rẻ hơn so với pin mặt trời silicon truyền thống.
- Tua bin gió: Các vật liệu tổng hợp như sợi carbon và Kevlar đang được sử dụng để phát triển các cánh tuabin gió mới nhẹ hơn và bền hơn các cánh truyền thống, cho phép tạo ra các tuabin lớn hơn và hiệu quả hơn.
- Pin: Các vật liệu tổng hợp như lithium-ion và graphene đang được sử dụng để phát triển loại pin mới có mật độ năng lượng cao hơn và có tuổi thọ dài hơn pin truyền thống. Điều này có thể dẫn đến xe điện có tầm hoạt động xa hơn và hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn cho năng lượng tái tạo.
- Siêu vật liệu: Siêu vật liệu là vật liệu tổng hợp được thiết kế để có các đặc tính điện từ độc đáo. Ví dụ, siêu vật liệu có thể được sử dụng để tạo ra các thấu kính có thể bẻ cong ánh sáng theo những cách mới, phát triển các loại anten và cảm biến mới, thậm chí tạo ra các loại máy bay mới.
5. Lời kết
Một số vấn đề quan trọng nhất mà toàn cầu ngày nay phải đối mặt, như bệnh tật và biến đổi khí hậu, có thể được giải quyết bằng việc sử dụng vật liệu tổng hợp. Chúng ta có thể dự đoán nhiều ứng dụng đột phá và quan trọng hơn nữa của vật liệu tổng hợp sẽ xuất hiện trong những năm tới khi công nghệ phát triển.
Quan tâm tìm hiểu thêm về các xu hướng mới nhất trong ngành công nghiệp nhựa. Truy cập thư viện EuroPlas để tìm hiểu thêm về các giải pháp nhựa hàng đầu đang có mặt trên thị trường.