Trong cuộc sống ngày càng hiện đại, nhựa làm từ nhiên liệu hóa thạch gây ra những mối đe dọa lớn về môi trường, chẳng hạn như ô nhiễm và không thể phân hủy. Do đó, nhu cầu về nhựa sinh học ngày càng tăng, và đây là những lựa chọn thay thế tiềm năng, bền vững để xử lý rác thải nhựa, bảo tồn hệ sinh thái.
Trong số những giải pháp thay thế đó, polyester aliphatic được xem là lựa chọn thích đáng do có nhiều đặc tính vượt trội so với các loại khác. Bài viết này sẽ trình bày định nghĩa và sự khác biệt của loại polyester sinh học này, giải mã cấu trúc của polyester aliphatic và tìm hiểu một số ứng dụng của nó trong các ngành công nghiệp.
1. Polyester aliphatic là gì?
Polyester aliphatic có nguồn gốc từ các hợp chất tự nhiên, chẳng hạn như lactide (LA), glycolide (GL) và ε-caprolactone (CL). Polyester aliphatic là một polymer chuỗi dài bao gồm các nhóm ester lặp lại. Vi khuẩn và các sinh vật sống khác có thể phá vỡ, do đó, polyester được coi là một phân tử có khả năng phân hủy sinh học.
Các polymer này có chuỗi dài với các nhóm este lặp lại, là chìa khóa cho tính chất tương thích sinh học và phân hủy sinh học của chúng. So với các loại polyester khác, polyester béo có cấu trúc đơn giản, khả năng phân hủy sinh học tuyệt vời, tính chất cơ học và nhiệt thấp hơn.
Đọc thêm: Các loại nhựa sinh học khác nhau được sản xuất như thế nào?
2. Giải mã cấu trúc của polyester aliphatic
Bằng cách sử dụng các hợp chất khác, chúng ta có thể tạo ra các loại polyester aliphatic khác nhau, nên chúng sẽ có cấu trúc khác nhau. Tìm hiểu về cấu trúc của polyester aliphatic, chúng ta có:
Phân loại và cấu trúc của polyester aliphatic
2.1. Poly(alkylene dicarboxylate)s
Poly(alkylene dicarboxylate), bao gồm poly(alkylene terephthalate), được tạo ra bằng cách cho axit dicarboxylic hoặc este alkyl của nó phản ứng với alkanediol, sử dụng hợp chất chelate chứa titan làm chất xúc tác.
Hợp chất chelate này có thể được hình thành thông qua phản ứng của tetraalkyl titanate với dẫn xuất của axit cacboxylic như metyl salicylat, axit malic, glycine hoặc dibutyl tartrate.
Kỹ thuật trùng hợp này giúp giảm sự trao đổi este-cacbonat trong hỗn hợp poly(alkylene dicarboxylat) với polycarbonat thơm, và một số chelate này là hợp chất mới.
Có hai loại poly(alkylene dicarboxylate), bao gồm:
- Poly(ethylene succinate) (PES) là một loại polyester tổng hợp có nhiệt độ nóng chảy từ 103 - 106°C. Nó được tổng hợp từ axit dicarboxylic; bằng phản ứng trùng hợp mở vòng của anhydrit succinic với ethylene oxit hoặc bằng phản ứng trùng ngưng axit succinic và ethylene glycol.
Cấu trúc hóa học của poly(ethylene succinate) (PES)
- Polybutylene succinate (PBS) là một polymer bán tinh thể đa năng, có đơn vị lặp lại được biểu thị bằng công thức –[O–(CH2)m–O–CO–(CH2)n–CO ]N. Cấu trúc hóa học của PBS chứa nhóm ester, nhóm này sẽ phân hủy thành các polyme có trọng lượng phân tử thấp khi tiếp xúc với nước. Khi nhiệt độ tăng lên, tốc độ phân hủy của PBS cũng tăng lên.
Cấu trúc hóa học của một đơn vị trong PBS
Đọc thêm: Polybutylene succinate là gì? Cấu trúc, khả năng phân hủy sinh học và ứng dụng
2.2. Poly(hydroxy acid)s
Poly(hydroxy acid) là các polyester được tổng hợp từ axit hydroxy, được chiết xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo và chất thải sinh học. Có một số loại poly(hydroxy acid) nổi bật như:
Cấu trúc của poly(α-hydroxy acid)
- Poly(β-hydroxyalkanoate) (PHAs) là một polyester tuyến tính có chứa các monome axit béo 3-hydroxy. Nhóm hydroxyl từ một monome này tạo thành liên kết este với nhóm carboxyl của một đơn vị monome khác. Nhóm R trong cấu trúc đại diện cho nhóm alkyl. Nếu nhóm R là metyl (CH3) thì polyme được đặt tên là poly(3-hydroxybutyrate) vì nó sẽ chứa 4 nguyên tử cacbon trong đơn vị monome, tương tự nếu R là C3H7 thì gọi là poly(3-hydroxyhexanoate).
Cấu trúc của poly(β-hydroxyalkanoate)
- Poly(ω-hydroxyalkanoate) (PωHA) được tạo ra bằng phản ứng trùng hợp mở vòng của các lacton tương ứng, δ-valerolactone (VL), ε-caprolactone (CL), ζ-enantholactone (EL), η-octalactone (OL), và ω-pentadecanolactone. Có một số loại polyester đó như poly(δ-valerolactone) (PVL; n = 4), PCL (n = 5), poly(ζ-enantholactone) (PEL; n = 6), poly(η-octalactone) ( POL; n = 7) và poly(ω-pentadecanolactone) (PPdL) (n = 14).
Cấu trúc và một số loại poly(ω-hydroxyalkanoate) (PωHA)
3. Ứng dụng của polyester aliphatic trong các ngành công nghiệp
Polyester aliphatic, được biết đến với khả năng phân hủy sinh học và tính linh hoạt, có nhiều ứng dụng trong các ngành khác nhau, chẳng hạn như:
- Kỹ thuật mô: Polyester aliphatic có thể hỗ trợ các nỗ lực kỹ thuật mô và phát triển giàn giáo, ví dụ, PLA có thể được kết hợp với các polymer khác để tạo ra vật liệu sinh học mới có đặc tính hóa lý phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật mô.
- Phát triển hệ thống phân phối thuốc: Một số loại polyester aliphatic cũng có khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học tuyệt vời, nên rất thích hợp đối với một số ứng dụng y tế. Ví dụ, PLA đã được nghiên cứu rộng rãi để sử dụng trong các ứng dụng y tế vì các đặc tính có khả năng hấp thụ sinh học và tương thích sinh học trong cơ thể con người. PCL đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt và trải qua nghiên cứu đáng kể để sử dụng trong các hệ thống phân phối thuốc.
- Tạo ra thiết bị y tế: Các nhà khoa học chỉ ra rằng polyester béo như PCL, PLA, PBS, PHA, PGA, … có thể được sử dụng làm vật liệu cấy ghép, chỉ khâu, …
4. Kết luận
Tóm lại, polyester aliphatic, nhờ cấu trúc hóa học độc đáo, vật liệu này sở hữu đặc tính phân hủy sinh học và trở thành vật liệu quan trọng, tiềm năng trong các ứng dụng hiện tại và tương lai. Bằng cách đi sâu nghiên cứu các đặc tính của polyester aliphatic và cải tiến quy trình sản xuất, chúng ta có thể tiến tới những đột phá tiếp theo và mang đến những giải pháp hoàn hảo cho hệ sinh thái, cũng như các ngành công nghiệp.
5. Giới thiệu về EuroPlas
EuroPlas nổi tiếng là nhà sản xuất filler masterbatch số 1 thế giới. Bên cạnh đó, chúng tôi ý thức rằng vật liệu sinh học sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau vì sự phát triển bền vững. Các doanh nghiệp, xã hội và chính phủ phải hợp tác để giải quyết vấn đề rác thải nhựa bằng cách cải tiến các giải pháp thay thế.
Vì vậy, EuroPlas không chỉ cung cấp đa dạng các loại nhựa như hợp chất nhựa kỹ thuật, phụ gia nhựa… mà còn mang đến cho thị trường toàn cầu một số giải pháp vật liệu xanh, bao gồm hợp chất nhựa sinh học và biofiller. Sản phẩm của chúng tôi đảm bảo giúp doanh nghiệp của khách hàng tối ưu hóa chi phí sản xuất và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.
EuroPlas sở hữu nhiều trang thiết bị hiện đại như máy đùn, máy thổi màng, máy ép phun, … cùng với hệ thống máy kiểm tra tiêu chuẩn như máy kiểm tra biến dạng nhiệt nhựa, máy kiểm tra va đập, máy kiểm tra độ bền kéo, … từ đó đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt nhất cho khách hàng.
Hãy liên hệ cho chúng tôi nếu bạn đang tìm kiếm vật liệu phù hợp cho dự án của mình. Chúng tôi sẽ hỗ trợ tốt nhất theo nhu cầu của quý khách hàng và nâng cao khả năng cạnh tranh về nhựa cho doanh nghiệp của bạn bằng các giải pháp vật liệu tối ưu.