Nhựa PPC có khả năng tái chế và phân hủy hoàn toàn
Nhựa nhiệt dẻo Polypropylene Carbonate (nhựa PPC) không còn xa lạ với ứng dụng làm vải không dệt, màng bọc nông nghiệp, màng bọc y tế,… Nhựa PPC nổi bật trong số các vật liệu nhựa nhờ khả năng tái chế và phân hủy hoàn toàn. Có thể coi việc nhựa PPC phân hủy hoàn toàn khiến chúng trở thành một trong những vật liệu dẫn đầu về độ thân thiện với môi trường. Những thông tin cập nhật kịp thời về các tính chất cơ, tính chất hóa học, quá trình hình thành và phân hủy của nhựa PPC sẽ giúp nhà sản xuất đưa ra quyết định về phương án sản xuất tối ưu nhất. Tất cả những thông tin hữu ích này sẽ được tiết lộ dưới đây.
1. Polypropylene Carbonate là gì?
1.1 Định nghĩa Polypropylene Carbonate
Polypropylene Carbonate là một trong những vật liệu nhựa nhiệt dẻo
Polypropylene Carbonate là một trong những loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo hay còn được gọi với cái tên viết tắt là nhựa PPC. Đây là vật liệu polymer thuộc nhóm cô lập carbon. Tiềm năng vượt trội của nhựa PPC là khả năng phân hủy hoàn toàn. Chúng hòa tan trong dichloromethane, hydrocacbon clo hóa, xeton bậc thấp và etyl axetat. Một số dung môi không thể hòa tan nhựa PPC bao gồm rượu, nước và hydrocacbon béo. Đây là chất kết dính vô định hình có nhiệt độ thủy tinh từ 25 độ C đến 45 độ C. Trong các điều kiện xúc tác khác nhau, hiệu suất của Polypropylene Carbonate cũng sẽ khác nhau. Đây là một trong những lưu ý rất quan trọng trong quy trình sản xuất nhựa PPC để phù hợp với nhu cầu kinh doanh và tối ưu hóa chi phí.
Năm 1969, quá trình đồng trùng hợp epoxy và CO2 (được xúc tác bởi diethylzinc và nước) đã tạo ra vật liệu Polypropylene Carbonate. Kể từ đó, PPC được nhiều chuyên gia trên thế giới quan tâm và nghiên cứu rộng rãi.
1.2 Cấu tạo của nhựa PPC
Polypropylene Carbonate (nhựa PPC) được tạo ra từ CO2 và PO có đặc tính rào cản khá mạnh. Cấu trúc hóa học của nhựa PPC chứa liên kết ether (-O-) trên trục chuỗi chính. Sự liên kết khá đặc biệt này giúp nhựa PPC tăng độ dẻo và khả năng hòa tan trong dung môi hữu cơ. Chúng ta có thể phân tích đặc điểm của các chuỗi liên kết trong nhựa PPC như sau:
Nhựa PPC được tạo ra từ CO2 và PO có đặc tính rào cản khá mạnh
- Ether (-O-): nhờ liên kết ether nên chuỗi phân tử có thể được tách ra dễ dàng.
- Polar carbonyl (-CO-): lực liên phân tử và độ cứng phân tử trong nhựa PPC được tăng cường hoàn hảo nhờ nhóm liên kết này.
- Ester (-COO-): là yếu tố khiến nhựa PPC dễ bị thủy phân trong thời gian nhất định.
- Hydroxyl (-OH): đây là nhóm yếu tố quyết định độ bền nhiệt của nhựa PPC. Trong điều kiện nhiệt độ cao, rượu phân hủy lipid, dẫn đến thoái hóa kiểu giảm áp. Điều này có thể khẳng định chúng không thể chịu được nhiệt độ cao
- Methyl (-CH3): ảnh hưởng đến tính chất của nhựa PPC. Trường hợp nhóm liên kết này lớn hơn thì phân tử sẽ cứng hơn và điện trở suất sẽ cao hơn.
2. Tính chất của Polypropylene Carbonate (nhựa PPC)
Nhựa PPC có vai trò giảm thiểu rác thải nhựa và hiệu ứng nhà kính.
2.1 Tính chất cơ học của nhựa PPC
Để đánh giá một cách toàn diện một loại vật liệu nhất định, không thể bỏ qua các tính chất cơ học của nó như độ bền kéo, độ giãn dài, độ bền đứt, mô đun đàn hồi và độ bền nóng chảy, v.v. Không ngoại lệ đối với nhựa PPC, người ta đã nghiên cứu và chứng minh rằng nhựa PPC có Tg khoảng 40,3°C. Khi nhiệt độ tăng từ dưới Tg đến vùng chuyển thủy tinh sẽ xảy ra hiện tượng mô. Mô-đun lưu trữ năng lượng giảm từ 1000 MPa xuống 10 MPa. Ngoài ra, mô đun của nhựa PPC có thể tăng ở cả nhiệt độ trên và dưới Tg khi trọng lượng phân tử trung bình của PPC tăng từ 109 kg/mol lên 227 kg/mol.
Nhìn chung, tính chất cơ học của nhựa PPC dẫn đến tính chất nhiệt kém cùng với đó là tính vô định hình và lực liên kết phân tử thấp nên tính chất cơ lý của nhựa PPC không mạnh lắm.
2.2 Khả năng tái chế của nhựa PPC
Ưu điểm mạnh của nhựa PPC là tính chất có thể tái chế. Nhựa PPC là một loại polymer có thể tái chế và phân hủy trong một khoảng thời gian nhất định. Nguyên liệu sản xuất nhựa PPC là CO2 và PO. Khi bị phá hủy, nhựa PPC sẽ trở lại thành CO2 (và một lượng nhỏ các chất không độc hại khác). Quá trình này có thể hiểu là không thải CO2 mới ra môi trường trong suốt vòng đời từ sản xuất đến tái chế nhựa PPC. Đáng chú ý, khả năng cô lập carbon của nhựa PPC là ưu điểm đặc biệt giúp vật liệu này có thể tái chế linh hoạt trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Nhìn chung, các loại nguyên liệu sản xuất như CO2, PO đều có giá thành không quá đắt nên giúp nhà sản xuất tối ưu hóa chi phí đầu tư trong sản xuất. Quá trình tái chế, phân hủy nhựa PPC mang lại lợi ích to lớn cho môi trường của chúng ta. Nhờ khả năng tái chế linh hoạt, nhựa PPC đóng vai trò giảm thiểu rác thải nhựa trên toàn thế giới và giảm phần nào hiệu ứng nhà kính.
2.3 Sự phân hủy của PPC
Vi sinh vật sẽ ăn mòn trực tiếp bề mặt nhựa PPC
Một trong những đặc điểm thú vị nhất của vật liệu nhựa PPC là chúng có thể bị phân hủy hoàn toàn sau khi thải ra ngoài. Trên thực tế, có rất nhiều cách để phân hủy nhựa PPC, bao gồm:
- Phân hủy nhiệt: Do nhựa PPC phân hủy nhiệt khá mạnh nên điều này cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi tiếp xúc với nhiệt. Tuy nhiên, sử dụng nhiệt là một trong những cách phổ biến để phân hủy rác thải nhựa PPC. Ở khoảng nhiệt độ từ 180 độ C đến 240 độ C nhựa PPC sẽ bắt đầu phân hủy. Mặc dù phương pháp này khá nhanh nhưng sẽ tạo ra khí thải trong quá trình gia nhiệt.
- Phân hủy sinh học: đây là một trong những quá trình phân hủy được coi là không gây ô nhiễm môi trường xung quanh. Khi chất thải nhựa PPC được đưa xuống đất, nó tiếp xúc với nhiều loài sinh vật và thực vật có khả năng phân hủy vật liệu nhanh chóng. Vi sinh vật sẽ ăn mòn trực tiếp bề mặt nhựa PPC dẫn đến đứt gãy chuỗi liên kết và phân hủy hoàn toàn.
- Phân hủy thủy phân: giống như phân hủy sinh học, đây là một trong những quá trình tối ưu nhất và hạn chế ô nhiễm ra môi trường trong giai đoạn phân hủy. Quá trình phân hủy thủy phân sẽ hòa tan và phá vỡ các liên kết trong cấu trúc của nhựa PPC và khiến chúng bị lão hóa dần trong môi trường dung môi.
2.4 Kết hợp vật liệu
Như đã đề cập ở trên, khả năng chịu nhiệt và cơ tính khá kém và dễ bị ăn mòn nên đây chính là những khuyết điểm khiến vị thế của nhựa PPC khá hạn chế trong ngành sản xuất. Để giải quyết vấn đề này, người ta cải tiến nhựa PPC bằng cách kết hợp nó với các vật liệu khác để nâng cao tính chất của vật liệu này. Ý nghĩa của việc này là nhằm tận dụng tối đa tiềm năng tái chế của nhựa PPC mà vẫn duy trì độ bền cho nhu cầu sử dụng của người dùng. Quá trình này thường là trộn nóng chảy hoặc trộn các dung dịch của các thành phần lại với nhau. Trong đó, trộn nóng chảy được ứng dụng nhiều hơn trộn dung dịch vì khá cầu kỳ và phức tạp. Tuy nhiên, cả hai phương pháp trộn nguyên liệu này đều giúp nhựa PPC cải thiện đáng kể tính chất của nó. Các loại vật liệu thường được sử dụng để kết hợp với nhựa PPC bao gồm polyme hữu cơ, polyme vô cơ,..
Đọc thêm: PP conductive compound
Đọc thêm: PC compound chống cháy
3. Ứng dụng của nhựa PPC
Nhựa PPC vẫn là một trong những vật liệu xanh tốt nhất cho môi trường nhờ không độc hại, dễ phân hủy, dễ tái chế và có đặc tính tương thích sinh học tốt. Qua quá trình nâng cao tính chất, nhựa PPC được sử dụng rộng rãi trong một số ứng dụng như sau:
Nhựa PPC thường được ứng dụng trong quy trình sản xuất vải không dệt
- Công nghệ dệt: Nhựa PPC thường được ứng dụng trong quy trình sản xuất vải không dệt dùng làm khẩu trang, khăn ăn, khăn tay,… Vải không dệt làm từ nhựa PPC thân thiện với môi trường và dễ phân hủy sau khi sử dụng (hầu hết là sản phẩm dùng một lần).
- Vật liệu đóng gói: nhờ tính chất không độc hại của nhựa PPC kết hợp với các vật liệu kháng khuẩn như hạt nano, axit hữu cơ và polyme, người ta có thể dễ dàng tạo ra những vật liệu đóng gói cực kỳ an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng. Một số bao bì thực phẩm, thiết bị y tế được làm bằng nhựa PPC giúp đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt nhưng tối ưu hóa chi phí.
- Sản xuất màng bảo vệ: Màng bảo vệ được làm từ nhựa PPC thường được sử dụng trong nông nghiệp. Nhờ khả năng dễ phân hủy, thấm vào không khí, hơi nước nên một số trang trại sử dụng màng nhựa PPC để bảo vệ nấm và màu sắc của nấm.
- Băng y tế: được chế tạo bằng công nghệ kéo sợi tĩnh điện, người ta sản xuất màng sợi tổng hợp PPC dùng cho băng y tế. Các thử nghiệm cho thấy băng y tế làm từ nhựa PPC đáp ứng các điều kiện an toàn cho sức khỏe con người và ức chế vi khuẩn lên tới 69,3%.
4. Kết luận
Tóm lại, nhựa PPC là một trong những dòng vật liệu có tiềm năng lớn trong việc góp phần giảm thiểu lượng rác thải thải ra môi trường. Mặc dù tính chất cơ học của nhựa PPC không ưu điểm lắm nhưng chúng có thể dễ dàng được nâng cao dựa trên khả năng trộn lẫn với các vật liệu khác. Đây là một trong những loại vật liệu có giá thành hợp lý và chi phí đầu tư tối ưu sẽ là sự lựa chọn xứng đáng cho các nhà sản xuất. Tìm hiểu thêm các bài viết hữu ích tại blog EuroPlas của chúng tôi ngay hôm nay! Chúng tôi cam kết là nguồn thông tin cập nhật và đáng tin cậy cho dự án của bạn.