Cuộc tranh luận về độ bền của các tấm có thể phân hủy sinh học: Các vật liệu thân thiện với môi trường có thể làm rung chuyển sự thống trị của nhựa không?
Trong nhận thức về môi trường ngày nay, Tấm phân hủy sinh học dùng một lần S đang tác động đến thị trường nhựa truyền thống với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 12,3%. Nhưng khi người tiêu dùng nhặt các tấm tinh bột ngô mỏng, họ luôn có một câu hỏi cơ bản: sản phẩm dường như dễ vỡ này có thực sự cạnh tranh với các sản phẩm nhựa đã được xác minh trong nhiều thập kỷ về độ bền không?
1. Trận chiến khoa học vật liệu tấn công và phòng thủ
Độ bền kéo của nhựa polypropylen (PP) có thể đạt tới 30-40MPa, và sự sắp xếp thường xuyên của các chuỗi phân tử của nó tạo thành một cấu trúc tinh thể dày đặc, mang lại cho vật liệu lợi thế kép của khả năng chống va đập và chống biến dạng. Ngược lại, độ bền kéo của vật liệu phân hủy sinh học chính (axit polylactic) là 50-70MPa, dường như vượt trội, nhưng độ giãn dài khi ngắt chỉ là 2,5-5%. Đặc điểm cứng nhắc nhưng không khó này làm cho nó dễ dàng bị nứt khi uốn cong.
Các thử nghiệm mô phỏng trong phòng thí nghiệm cho thấy khi được nạp 500g thức ăn nóng (80), biến dạng của đĩa ăn tối nhựa truyền thống chỉ là 0,8mm sau 45 phút, trong khi biến dạng của đĩa ăn tối PLA là 2,3mm trong cùng điều kiện. Sự khác biệt này là do nhiệt độ biến dạng nhiệt của vật liệu: 102 của PP cao hơn nhiều so với 55 của PLA. Khi chất lỏng trong cốc cà phê vượt quá 60, chuyển động nhiệt của chuỗi phân tử PLA sẽ phá vỡ điểm chuyển đổi thủy tinh, khiến cấu trúc mềm.
2. Những thách thức về độ bền trong các kịch bản ngoài đời thực: Khoảng cách từ phòng thí nghiệm đến thảm dã ngoại
Trong thử nghiệm mô phỏng của Tüv Rheinland, các đĩa ăn tối bằng nhựa truyền thống vẫn còn nguyên vẹn sau 10 giọt, trong khi các tấm ăn tối bằng tre có thiệt hại cạnh ở mức giảm thứ ba. Khoảng cách này đặc biệt có ý nghĩa trong các kịch bản tải động: khi được nạp súp chảy, đĩa ăn tối PLA bị rò rỉ sớm hơn 27% so với các sản phẩm PP trong thử nghiệm bảng rung.
Nhưng sự xuất hiện của các vật liệu composite mới đang viết lại các quy tắc. PLA được gia cố nano cellulose (CNC/PLA) được phát triển bởi Nhóm Khoa học Trung Quốc đã đạt được sự gia tăng 40% trong mô đun uốn, và thông qua sự đan xen cơ học của sợi nano và ma trận, nhiệt độ biến dạng nhiệt tăng lên 75 ° C. Ý tưởng xây dựng một "cấu trúc bê tông cốt thép" này ở quy mô kính hiển vi làm cho vật liệu phân hủy gần với polystyrene cấp thực phẩm trong các tính chất cơ học lần đầu tiên.
3. Nghệ thuật cân bằng bảo vệ và biểu diễn môi trường: Sự ra đời của một định nghĩa mới về độ bền
Đánh giá vòng đời mới nhất của EU cho thấy các tấm ăn tối PP truyền thống cần được sử dụng lại 23 lần để ngang bằng với tác động môi trường của các đĩa ăn tối PLA. Điều này buộc ngành công nghiệp phải kiểm tra lại định nghĩa về "độ bền": khi các đĩa ăn tối có thể phân hủy đã đáp ứng cường độ nén 0,5kN theo tiêu chuẩn ISO 21996 trong một kịch bản sử dụng duy nhất, việc theo đuổi các chỉ số sức mạnh vượt quá các yêu cầu chức năng tạo thành một sự lãng phí tài nguyên?
Sê-ri "Sức bền tức thời" được phát triển bởi Daio Paper ở Nhật Bản đưa ra một câu trả lời sáng tạo: Thông qua thiết kế cấu trúc sóng Micron, các tấm ăn tối sợi BAGASSE vẫn cứng nhắc trong giai đoạn tải và hấp thụ năng lượng thông qua sự sụp đổ cấu trúc khi bị ảnh hưởng. Thiết kế bionic này cho phép sản phẩm vượt qua 98% thử nghiệm giảm 1,2m, đồng thời đảm bảo suy thoái hoàn toàn trong vòng 180 ngày.
Được thúc đẩy bởi các ổ đĩa kép của cuộc cách mạng vật chất và nhu cầu bảo vệ môi trường, các đĩa ăn tối có thể phân hủy đang thiết lập một hệ tọa độ hiệu suất mới. Mặc dù chúng có thể không bao giờ có thể tái tạo các đặc điểm "vĩnh cửu" của nhựa, thông qua thiết kế phù hợp với sức mạnh chính xác, nhưng chúng đã xây dựng một tuyến phòng thủ màu xanh lá cây đủ mạnh trong các kịch bản cụ thể. Khi người tiêu dùng giữ tấm ăn tối tổng hợp PLA thế hệ thứ ba, họ không chỉ cảm thấy nhiệt độ của vật liệu mà còn cả sự khôn ngoan của nhân loại trên con đường phát triển bền vững.