Phát triển xanh

Mỹ sáng chế loại nhựa “hẹn giờ” tự hủy

Hạ Anh • 04/12/2025 08:00

Túi nilon có thể tồn tại một ngày trước khi phân rã, trong khi linh kiện nhựa ôtô bền trong nhiều năm rồi mới tự hủy, đó là khả năng của loại nhựa mới do nhóm nhà khoa học Mỹ phát minh.

Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Rutgers (bang New Jersey) — một trong những trường công hàng đầu của Mỹ vừa công bố chế tạo thành công loại nhựa có khả năng tự phân hủy theo tốc độ được lập trình. Công trình do Phó giáo sư Yuwei Gu (Khoa Sinh hóa) chủ trì và được đăng trên tạp chí Nature cuối tuần qua.

Mẫu nhựa poly (dicyclopentadiene), một vật liệu ứng dụng trong linh kiện xe hơi, được tái cấu trúc để tự phân hủy trong vòng vài ngày ở điều kiện phòng

Theo PGS. Gu, nhóm đã học hỏi cấu trúc từ các vật liệu tự nhiên, hướng tới mục tiêu tạo ra loại nhựa biến mất hoàn toàn sau khi kết thúc vòng đời sử dụng.

Cơ chế “hẹn giờ” được thiết lập bằng cách tích hợp hóa chất hỗ trợ phá vỡ liên kết nhựa tại vị trí được tính toán trước. Một mặt, nhóm tái cấu trúc vật liệu để lộ ra các nhóm liên kết yếu; mặt khác, họ “gài” các hóa chất phụ trợ gần liên kết này. Khi gặp tác nhân kích hoạt, hóa chất sẽ xoay đúng vị trí để phá liên kết và kích hoạt quá trình phân rã.

“Việc thay đổi vị trí của hóa chất quyết định tốc độ phân hủy,” Gu cho biết. Chỉ cần điều chỉnh vị trí tích hợp, nhựa có thể được lập trình để phân hủy trong vài ngày, vài tháng hoặc nhiều năm. Hóa chất càng gần liên kết yếu, nhựa càng nhanh tan rã.

Nhờ khả năng tùy chỉnh này, vật liệu nhựa có tuổi thọ phù hợp với mục đích sử dụng: túi nilon chỉ cần bền trong ngày, trong khi linh kiện ôtô đòi hỏi độ bền lâu dài. Công nghệ cho phép nhựa tự phân hủy thông qua phụ gia được trộn sẵn, hoặc người dùng có thể kích hoạt phân hủy bằng tia cực tím hoặc ion kim loại khi cần.

PGS. Gu mô tả quy trình tái cấu trúc polymer giống như “gấp một tờ giấy”: Khi cấu trúc được “gấp” trước, việc cắt (tức phân hủy) diễn ra nhanh hơn hàng nghìn lần nếu có kích hoạt. Tuy vậy, ở điều kiện bình thường, loại nhựa này vẫn bền chắc vì thành phần hóa học không thay đổi.

Thử nghiệm ban đầu cho thấy chất lỏng sinh ra từ quá trình phân hủy không độc hại, nhưng nhóm nghiên cứu cho biết cần mở rộng đánh giá để bảo đảm an toàn môi trường trong toàn bộ vòng đời vật liệu.

Ý tưởng phát minh xuất phát từ trải nghiệm của PGS. Gu khi đi bộ qua Công viên Bear Mountain (New York) và chứng kiến lượng rác nhựa “kinh hoàng” trôi nổi trên mặt đường và mặt hồ. Cùng là polymer, nhưng trong tự nhiên, các chuỗi polymer như DNA hay protein không gây tích tụ rác vì chúng chứa các nhóm hỗ trợ phân hủy được tích hợp sẵn.

Nghiên cứu này bổ sung thêm một hướng đi mới cho các loại nhựa thân thiện môi trường, đồng thời mở rộng công cụ thiết kế vật liệu polymer thông minh, có thể phân hủy theo yêu cầu trong nhiều lĩnh vực.

Hiện công nghệ mới chỉ được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Nhóm nghiên cứu cần tiếp tục đánh giá an toàn sinh thái trước khi đưa ra thị trường. Họ cũng đang tìm cách tích hợp quy trình này vào dây chuyền sản xuất nhựa hiện nay, đồng thời thử nghiệm ứng dụng mở rộng như viên nang thuốc có cơ chế giải phóng theo thời gian lập trình.