Hai con hạc origami cổ điển được làm từ giấy phủ Choetsu (trái) và không tráng (phải). Khi nhúng nước, hạc giấy được tráng giữ nguyên hình dạng trong khi hạc không tráng ngấm nước và phân rã. Ảnh: © 2022 Hiroi et al.

Rác thải nhựa đang gây ô nhiễm môi trường nặng nề, nhưng giải quyết vấn đề dường như hoàn toàn nằm ngoài tầm tay con người do sự phổ biến của vật liệu nhựa trong cuộc sống hàng ngày. Nhóm nhà khoa học của GS Zenji Hiroi thuộc Viện Vật lý trạng thái rắn tại Đại học Tokyo, Nhật Bản, nghiên cứu các giải pháp tối ưu hóa khoa học vật liệu, đã tìm ra một phương pháp, cho phép thay thế một số vật dụng, sử dụng vật liệu nhựa bằng vật liệu bền vững hơn là giấy.

GS Hiroi cho biết, vật liệu nhựa không có khả năng phân hủy nhanh và an toàn với môi trường. Giấy là vật liệu có thể phân hủy an toàn, nhưng không thể đáp ứng được nhiều mục đích sử dụng như nhựa. Nhóm nghiên cứu đã tìm ra phương pháp khiến cho giấy có những đặc tính ưu việt của nhựa, nhưng không gây ô nhiếm môi trường. Đó là một lớp phủ phân hủy sinh học, chi phí thấp được gọi là Choetsu, tăng cường thêm khả năng chống thấm và độ bền cho giấy thông thường.

Mẩu giấy tráng Choetsu có cạnh là một phần milimet được chiếu chụp bằng các loại tia X khác nhau cho thấy sự phân bố của các hợp chất. Si là silicon, C là carbon và Ti là titan. Ảnh: © 2022 Hiroi et al.

Chất phủ Choetsu là sự kết hợp của các vật liệu, khi dán vào giấy sẽ tự tạo ra một lớp màng chống thấm và bền khi tiếp xúc với hơi ẩm trong không khí. Lớp phủ bao gồm những hóa chất an toàn và chi phí thấp, chủ yếu là methyltrimethoxysilane, một số isopropyl alcohol và một lượng nhỏ tetraisopropyl titanate. Cấu trúc giấy như hộp đựng thực phẩm, được phun hoặc nhúng vào hỗn hợp chất lỏng này và làm khô ở nhiệt độ phòng. Sau khi khô, một lớp mỏng silica chứa metyl (một loại rượu) hình thành trên xenluloza tạo nên giấy, khiến giấy có đặc tính bền và không thấm nước.

Những phản ứng diễn ra trong quá trình sơn phủ sẽ tự động hình thành một lớp hạt nano titanium dioxide. Những hạt nano này khiến giấy phát sinh đặc tính chống bụi bẩn và vi khuẩn, được gọi là hoạt động quang xúc tác, bảo vệ vật dụng được tráng trong thời gian dài. Tất cả những hóa chất của lớp phủ sẽ phân hủy theo thời gian thành vật chất vô hại như carbon, nước và silicon như cát.

 Lớp phủ silica được phủ lên một vật chất, các hạt nano titan trải khắp bề mặt, có tác dụng kháng khuẩn như minh họa, tiêu diệt vi khuẩn ở trung tâm. Ảnh: © 2022 Hiroi et al.

Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành những thử nghiệm kỹ thuật, một số ứng dụng có thể sớm được đưa vào khai thác sử dụng như các loại túi xách đồ tiêu dùng, vật liệu đóng gói hoặc vật dụng lưu trữ thực phẩm. Có thể ứng dụng phương pháp này trên các loại vật liệu khác. Thành phần chất lỏng có thể được điều chỉnh để phủ cho những vật liệu khác chống bụi bẩn, vi khuẩn và nấm mốc như gỗ, thủy tinh, gốm sứ và thậm chí cả nhựa để mở rộng tính hữu dụng của lớp phủ.

Báo cáo khoa học của nghiên cứu được đăng trên Tạp chí Nghiên cứu Hóa học Kỹ thuật & Công nghiệp.

Trịnh Thái Bằng

Nguồn: KH&ĐS