1. Nhựa là gì? Lịch sử của nhựa

Nhựa là một nhóm vật liệu tổng hợp được sản xuất từ polyme, là những hợp chất hữu cơ lớn được tạo thành từ các đơn vị cấu trúc lặp lại gọi là monome. Loại vật liệu này có thể được đúc thành nhiều hình dạng khác nhau khi còn mềm và sau đó được cô đặc thành dạng cứng hoặc có tính đàn hồi. Nhựa được ứng dụng rộng rãi nhờ tính linh hoạt, độ bền và chi phí sản xuất tương đối thấp.

Lịch sử của nhựa bắt đầu từ giữa thế kỷ 19, nhưng thời kỳ hiện đại của nhựa bắt đầu từ đầu thế kỷ 20 với sự phát triển của polyme tổng hợp. Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về lịch sử của nhựa:

1.1. Polyme tự nhiên

Trước khi phát minh ra polyme tổng hợp, các polyme tự nhiên như cao su, mai rùa và sừng đã được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, các nền văn minh cổ đại đã sử dụng cao su làm từ mủ cao su để chống thấm và trong các ứng dụng khác.

1.2. Nhựa tổng hợp đầu tiên

Vào thế kỷ 19, các nhà khoa học bắt đầu thử nghiệm vật liệu tổng hợp. Một ví dụ đáng chú ý là việc Alexander Parkes tạo ra Parkesine vào năm 1856. Đây là một trong những bước tiến quan trọng đánh dấu sự xuất hiện của nhựa tổng hợp trong lịch sử.  Parkesine được tạo ra từ cellulose, một chất gốc từ cây xơ, được hòa tan trong một hỗn hợp chất lỏng. Sau khi hỗn hợp này khô, nó trở nên cứng và có thể được định hình thành các hình dạng khác nhau, giống như nhựa ngày nay. Parkesine được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất đồ chơi, đồ trang trí và các sản phẩm gia dụng khác. Đây có thể coi là tiền thân đầu tiên của những loại nhựa tổng hợp hiện đại mà chúng ta sử dụng ngày nay.

1.3. Bakelite

Bakelite - loại nhựa tổng hợp đầu tiên

Năm 1907, Leo Baekeland đã phát minh ra Bakelite, loại nhựa tổng hợp hoàn toàn đầu tiên. Bakelite là một loại nhựa tổng hợp đầu tiên được tạo ra hoàn toàn từ các hợp chất hóa học, không dựa trên các nguyên liệu tự nhiên như các loại nhựa trước đó. Trước Bakelite, các loại nhựa khác được phát triển chủ yếu dựa trên các chất liệu tự nhiên hoặc được chế tạo từ các hợp chất tự nhiên được biến đổi hóa học một cách đơn giản.

Bakelite được tạo ra từ phản ứng của phenol và formaldehyde dưới tác dụng của một chất xúc tác. Quá trình này tạo ra một chất nhựa cứng và chịu nhiệt độ cao, làm cho loại nhựa này trở nên hữu ích trong nhiều ứng dụng công nghiệp và đồ dùng gia đình. Bakelite được coi là loại nhựa tổng hợp đầu tiên được sản xuất đại trà và đánh dấu sự bắt đầu cho cuộc cách mạng vật liệu nhựa trong thế kỷ 20.

1.4. Sự phát triển của các loại nhựa khác

Trong những thập kỷ tiếp theo, các nhà khoa học và kỹ sư đã nghiên cứu sâu hơn về lĩnh vực hóa học polyme, dẫn đến việc xuất hiện một loạt các loại nhựa đa dạng. Mỗi loại nhựa mang lại những đặc tính riêng, và ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn. Cùng tìm hiểu sâu hơn về sự xuất hiện của các loại nhựa này:

1.4.1. Polystyrene (PS)

Được phát triển vào những năm 1920, polystyrene là một loại polymer tổng hợp đa năng làm từ monome styrene. Nó là một loại nhựa được sử dụng phổ biến với cấu trúc cứng nhắc, đặc tính cách nhiệt tuyệt vời. Polystyrene có thể tồn tại ở hai dạng: dạng rắn (dưới dạng nhựa) và dạng bọt (thường được gọi là Styrofoam).

Ở dạng rắn, polystyrene cứng và trong suốt nên phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Nó được sử dụng trong các sản phẩm như dao kéo dùng một lần, hộp đựng đĩa CD, đồ dùng trong phòng thí nghiệm và thậm chí trong việc xây dựng các mô hình và nguyên mẫu do dễ đúc và dễ tạo hình. Tuy nhiên, một trong những ứng dụng rộng rãi nhất của polystyrene là ở dạng bọt.

Bọt Polystyrene hay còn gọi là Styrofoam là một loại vật liệu nhẹ và nổi. Đặc tính cách nhiệt làm cho vật liệu này trở nên phổ biến để đóng gói các mặt hàng dễ vỡ và dùng trong các tòa nhà cách nhiệt. Styrofoam được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm cho các khay, đĩa và cốc dùng một lần do chi phí thấp và khả năng cách nhiệt.

1.4.2. Polyvinyl Clorua (PVC)

PVC, được phát hiện vào những năm 1920, là một loại nhựa nhiệt dẻo đa năng và được sử dụng rộng rãi. Nó được làm từ các monome vinyl clorua thông qua một quá trình gọi là phản ứng trùng ngưng. PVC được biết đến với độ bền, khả năng kháng hóa chất và tính linh hoạt, khiến loại nhựa này hiện tại đang được dùng phổ biến nhất trên thế giới.

PVC có thể được tìm thấy ở nhiều dạng khác nhau, ví dụ như cứng hoặc dẻo. PVC cứng có độ cứng tốt và bền nên phù hợp cho các sản phẩm như đường ống, phụ kiện và khung cửa sổ trong ngành xây dựng. Mặt khác, PVC dẻo mềm hơn, thường được sử dụng trong các sản phẩm như đồ vật có thể thổi phồng, cáp điện và ống y tế.

1.4.3. Nylon

Một trong những ưu điểm chính của PVC là khả năng kháng hóa chất, chịu được thời tiết và mài mòn. Nó cũng có khả năng chống cháy, nên rất hữu ích trong nhiều sản phẩm mà an toàn cháy nổ là mối quan tâm hàng đầu.

Được phát minh bởi Wallace Carothers vào cuối những năm 1930, Nylon là một loại polymer tổng hợp có độ bền, tính linh hoạt cao và đa năng. Nó có thể được sản xuất ở nhiều dạng khác nhau, chẳng hạn như sợi, màng và các bộ phận đúc.

Một trong những ứng dụng chính của nylon là trong ngành dệt may, nó được sử dụng rộng rãi để sản xuất quần áo, hàng dệt kim và tất. Độ bền, tính đàn hồi và khả năng chống mài mòn của loại nhựa này làm cho Nylon trở thành lựa chọn tuyệt vời cho những mặt hàng như vậy.

1.4.4. Polyethylene (PE)

Được phát triển vào những năm 1930, polyethylene là loại nhựa phổ biến nhất và được biết đến với chi phí thấp, trọng lượng nhẹ và khả năng kháng hóa chất. Có nhiều loại polyetylen khác nhau, bao gồm polyetylen mật độ cao (HDPE) và polyetylen mật độ thấp (LDPE), mỗi loại có ứng dụng cụ thể. HDPE được sử dụng làm chai lọ, ống dẫn và đồ chơi, còn LDPE được sử dụng làm túi nhựa và màng nhựa.

1.4.5. Polypropylene (PP)

Được phát minh vào những năm 1950, polypropylen là một loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm do sự kết hợp các đặc tính độc đáo của nó. Một trong những ưu điểm chính của polypropylen là nhiệt độ nóng chảy cao, nên phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến khả năn chịu nhiệt độ cao.

PP nhẹ và có khả năng kháng hóa chất tốt, nên có khả năng chống lại nhiều axit, bazơ và dung môi. Polypropylen cũng có khả năng chống ẩm cao và có tỷ lệ hấp thụ nước thấp.

1.4.6. Polycarbonate (PC)

Được phát hiện vào những năm 1950, polycarbonate là một loại nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao được biết đến với độ bền, độ trong suốt và khả năng chịu nhiệt đặc biệt.

Ngoài ra, một trong những tính năng quan trọng nhất của polycarbonate là khả năng chống va đập. Loại nhựa này gần như không thể phá vỡ, chính vì vậy trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ an toàn và độ bền, chẳng hạn như trong cửa sổ chống đạn, kính mắt và mũ bảo hiểm.

Khả năng chóng va đập cao cũng khiến PC phù hợp để sử dụng trong các thiết bị điện tử và linh kiện ô tô, bảo vệ các bộ phận dễ vỡ bên trong phòng ngừa trường hợp bị rơi hoặc va đập.

1.4.7. Acrylic (Polymethyl Methacrylate hoặc PMMA)

Vào những năm 1930, acrylic được phát triển và trở nên phổ biến nhờ tính trong suốt và khả năng chống tia cực tím. Acrylic, có tên khoa học là Polymethyl Methacrylate (PMMA), là một loại nhựa nhiệt dẻo trong suốt có độ trong suốt đặc biệt và được ưa chuộng rộng rãi nhờ vẻ ngoài giống như thủy tinh. Đây là một loại polymer tổng hợp được làm từ các monome methyl methacrylate thông qua một quá trình gọi là phản ứng trùng ngưng.

Acrylic cho phép khoảng 92% ánh sáng đi qua, do vậy trở thành lựa chọn phổ biến cho các sản phẩm cần độ rõ, chẳng hạn như cửa sổ, thấu kính và màn hình quang học. Acrylic có thể dễ dàng đúc và tạo hình, mang lại sự linh hoạt trong thiết kế cho nhiều sản phẩm khác nhau.

1.4.8. Polyester

Nhựa polyester, ví dụ như PET (Polyethylene Terephthalate), được phát triển vào những năm 1940. Đây là một vật liệu linh hoạt được biết đến với độ bền, khả năng chống nhăn và đặc tính hút ẩm tốt. Sợi polyester được tạo ra thông qua phản ứng hóa học liên quan đến các sản phẩm gốc dầu mỏ, chủ yếu là ethylene glycol và axit terephthalic.

Polyester có khả năng đàn hồi, không bị co giãn. Vải polyester cũng có khả năng chống chịu cao với các yếu tố môi trường như ánh sáng mặt trời, nấm mốc, nên thích hợp cho các ứng dụng ngoài trời. Polyester thường được sử dụng trong ngành dệt may để sản xuất quần áo, vải bọc và đồ nội thất gia đình.

1.4.9. Polyurethane (PU)

Được phát triển vào những năm 1930, Polyurethane là một loại polymer linh hoạt và được sử dụng rộng rãi, được tạo ra từ phản ứng giữa isocyanate và polyol.

Một trong những ưu điểm đáng kể của polyurethane là độ bền và khả năng đàn hồi. Nó có khả năng chống mài mòn, va đập và chịu được thời tiết, nên thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu loại vật liệu chắc chắn. Đặc biệt, nhựa đàn hồi polyurethane mang lại độ đàn hồi và tính linh hoạt tốt, do vậy thường sử dụng trong các sản phẩm như đế giày, ống lót hệ thống treo trên ô tô và các bộ phận máy móc công nghiệp.

2. Nhựa lần đầu tiên được sử dụng trong thương mại là khi nào?

Việc sử dụng nhựa trong thương mại bắt đầu vào đầu thế kỷ 20, đánh dấu một bước ngoặt trong sự đổi mới của ngành công nghiệp. Bakelite là loại nhựa tổng hợp đầu tiên được sử dụng rộng rãi trong thương mại. Nó được phát minh bởi nhà hóa học người Bỉ, Leo Baekeland vào năm 1907. Bakelite là một vật liệu linh hoạt có thể được đúc thành nhiều dạng khác nhau và giữ được hình dạng ngay cả sau khi được nung nóng và làm lạnh. Loại nhựa này có đặc tính cách điện tuyệt vời, do vậy chính là lựa chọn lý tưởng để sử dụng trong các thiết bị điện và nhiều loại hàng tiêu dùng.

Việc sản xuất thương mại Bakelite bắt đầu vào năm 1909 khi Baekeland thành lập Công ty General Bakelite tại Hoa Kỳ. Bakelite được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các mặt hàng như chất cách điện, vỏ radio và điện thoại, đồ trang sức, đồ dùng nhà bếp và nhiều sản phẩm khác. Sự phổ biến và thành công về mặt thương mại của loại nhựa này đã đánh dấu sự khởi đầu của ngành nhựa hiện đại.

3. Tương lai của nhựa

Mặc dù nhựa rất tiện lợi nhưng loại vật liệu này cũng mang lại những thách thức đáng kể. Độ bền cao làm cho các sản phẩm nhựa trở nên có giá trị, cũng có nghĩa là chúng không dễ bị phân hủy sinh học. Chất thải nhựa bắt đầu chất đống, dẫn đến những lo ngại về môi trường. Hình ảnh đại dương bị ô nhiễm và động vật hoang dã vướng vào nhựa khiến chúng ta thảo luận ngày càng nhiều hơn về sự bền vững của trái đất và nhu cầu tiêu dùng có trách nhiệm.

Để giải quyết những lo ngại về môi trường, các nhà khoa học và kỹ sư đã nỗ lực phát triển loại nhựa phân hủy sinh học được làm từ các nguồn nguyên liệu tái tạo, mang đến giải pháp thay thế bền vững cho nhựa truyền thống. Các sáng kiến tái chế cũng đã thu hút sự chú ý, nhằm giảm sự ảnh hưởng đến môi trường của chất thải nhựa.
Trong tương lai, thách thức chính là làm thế nào để cân bằng giữa sự tiện lợi và tính bền vững. Nhựa vẫn là vật liệu quan trọng trong các lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, giao thông vận tải và công nghệ. Các nhà khoa học đang khám phá những kỹ thuật tái chế tiên tiến và phát triển nhiều vật liệu mới không chỉ đa năng mà còn thân thiện với môi trường.

4. Kết luận

Sự phát triển của nhựa từ các loại nhựa cổ xưa đến polyme phức tạp mà chúng ta sử dụng ngày nay là minh chứng cho sự khéo léo và tiến bộ khoa học của con người. Trong khi nhựa đã làm thay đổi cuộc sống hiện đại, thì sự hiện diện khắp nơi của chúng lại đi kèm với những thách thức về môi trường. Bằng cách hiểu rõ lịch sử của nhựa, chúng ta có thể đưa ra những lựa chọn sáng suốt, đánh giá cao giá trị của loại vật liệu này, đồng thời bảo tồn hành tinh cho các thế hệ tương lai.