Thành phần độc đáo làm tăng sức mạnh cho tre

Các nhà nghiên cứu UBC Okanagan đã áp dụng một kỹ thuật độc đáo làm tăng cường các đặc tính của vật liệu sinh học tổng hợp (biocomposites) và khiến cho nó có độ bền tốt hơn.

Với sự sáng tạo của vật liệu mới và vật liệu tổng hợp xanh, thật dễ dàng để bỏ qua các loại vật liệu như tre và các dạng sợi tự nhiên, giáo sư kỹ thuật cơ học UBCO Abbas Milani nói. Các dạng sợi này hiện mới được sử dụng trong nhiều giải pháp như vải dệt, ngành công nghiệp tự động hóa, đóng gói và xây dựng.

Nhóm nghiên cứu của ông mới tìm được một cách không chỉ làm tăng cường sức mạnh của các sợi mà còn làm giảm xu hướng bị phân rã theo thời gian, khiến cho nó thậm chí có thể thân thiện nhiều hơn về mặt môi trường. “Tre có sức mạnh gần với thép dẻo trong khi nhỉnh hơn về độ linh hoạt”, theo Milani, giám đốc sáng lập Viện nghiên cứu các vật liệu và sản xuất. “Với những ưu điểm như nhẹ hơn, chi phí thấp hơn và sẵn có trong tự nhiên, tre là một loại vật liệu hứa hẹn vô cùng nhưng cho tới gần đây thì việc sử dụng nó lại gặp một trở ngại lớn”.

Tre là một trong những loài thực vật bị khai thác nhiều nhất trên thế giới. Nó được dùng để tạo ra các sợi tự nhiên với sản lượng hơn 30 triệu mét khối hằng năm. Tuy nhiên, các sợi tự nhiên của tre có thể hấp thụ nước, bị suy thoái và yếu đi theo thời gian do độ ẩm và điều kiện thời tiết.

Sử dụng một quá trình mà người ta gọi là plastic hóa để khử nước cho tre, nhóm nghiên cứu sau đó đã có thể gia cố cho các loại sợi và vật liệu khác. Họ đã áp dụng nó cho một loại vật liệu tổng hợp sinh học lai có hiệu suất cao mới.

Từng được Gunther von Hagens phát triển vào năm 1977 để bảo quản các phần của một cơ thể sống thông qua quá trình thay thế nước và lipit với nhiều loại nhựa bền vững, quá trình plastic hóa đã được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản cơ thể động vật, cơ thể người và các tiêu bản nấm. Giờ với sự sáng tạo của các nhà khoa học, nó đã có được cách mới để làm tăng cường các ứng dụng vật liệu. Sự plastic hóa giúp đảm bảo về độ bền của vật liệu tổng hợp theo cả thời gian ngắn và dài, Daanvir Dhir, đồng tác giả nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tại UBC Okanagan.

“Vật liệu tre nhựa hóa này được trộn với thủy tinh và sợi polymer để tạo ra một vật liệu nhẹ hơn và rõ ràng là bền hơn các vật liệu tổng hợp khác”, Dhir cho biết. “Công trình này độc đáo bởi chưa có công trình nào được nghiên cứu trước đó tìm hiểu về ứng dụng của các sợi tự nhiên được nhựa hóa trong sợi tổng hợp được gia cố vật liệu tổng hợp polymer”.

Dhir nói thêm, vật liệu tổng hợp lai giữa tre/sợi thủy tinh/polypropylene qua xử lý bằng kỹ thuật nhựa hóa rất hứa hẹn trong tương lai.

Được đối tác công nghệ NetZero Enterprises Inc. hỗ trợ, nghiên cứu này cho thấy chỉ cần đưa vào tre một lượng nhỏ vật liệu nhựa hóa là có thể làm gia tăng năng lực hấp thụ của vật liệu tổng hợp – không làm mất đi các đặc tính đàn hồi của nó. Điều này góp phần làm giảm tốc độ suy thoái của vật liệu này theo thời gian.

Vẫn cần thực hiện nhiều công việc tiếp theo để tối ưu quá trình này vì Dhir cho rằng, sự nhựa hóa hiện tại tốn rất nhiều thời gian. Tuy nhiên anh nói thêm, lợi ích của khám phá ra thành phâng đúng của cac sợi tự nhiên được nhựa hóa sẽ đem lại kết quả giảm thiểu chất thải không phân hủy cho nhiều ngành công nghiệp, với vết môi trường thấp hơn.

Các nghiên cứu tương lai đã được bắt đầu để tối ưu và tìm hiểu hiệu quả của việc nhựa hóa các sợi tự nhiên khác như sợi lanh và sợi gai dầu. Các nhà nghiên cứu cũng đề xuất phân tích vòng đời của các vật liệu được sử dụng cho những ứng dụng khác nhau và so sánh chúng với những mẫu không nhựa hóa. Điều này sẽ đem lại một bức tranh tốt hơn cho việc phản hồi về khả năng đánh đổi môi trường và hiệu quả bền về mặt cơ học.

“Vật liệu sinh học tổng hợp tiếp tục có được những ứng dụng mới dưới mô thức kinh tế tuần hoàn”, giáo sư Milani nói. “Những đổi mới trong các phương pháp này hữu dụng để phát triển các vật liệu tổn hợp có thể đem lại nhiều lợi ích cho tương lai”.

Nghiên cứu “A high-performance hybrid green composite using plastinated bamboo fillers, with reduced environmental degradation effect” được xuất bản trên tạp chí Journal Composite Structures ¹.

Thanh Hương tổng hợp

Nguồn bài và ảnh: https://phys.org/news/2022-03-unique-ingredient-bamboo.html

https://biomarketinsights.com/bamboo-fibres-strengthened-by-plastination/

————————————–

1. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0263822321015415