Theo các nhà khoa học, Đại học Carnegie Mellon, sự cải tiến hoàn toàn phương pháp trùng hợp nhánh truyền nguyên tử (atom transfer radical polymerization (ATRP)), một phương pháp có thể tạo ra các liên kết cấu trúc siêu phân tử thành các chuỗi, cho phép sản xuất trên quy mô lớn nhiều loại chất dẻo đặc biệt.

Phiên bản mới có tính “xanh” của ATRP sẽ cho phép sản xuất các nguyên liệu hiện có hiệu quả hơn, hạ thấp chi phí lọc công nghiệp trước và sau khi thực hiện phản ứng và cho phép sản xuất các nguyên liệu mới chưa từng có. 

J.C. Krzysztof Matyjaszewski, giáo sư về Khoa học tự nhiên, giám đốc Trung tâm Kỹ thuật phân tử lớn thuộc Trường Khoa học Mellon, Đại học Carnegie cho rằng: bằng cách giảm hàm lượng đồng xúc tác mà ATRP sử dụng sẽ làm cho quy trình này vận hành hiệu quả hơn ít nhất 100 lần và phù hợp hơn đối với các quy trình công nghiệp.   

ATRP đã được Matyjaszewski triển khai, đây là quy trình được sử dụng rộng rãi cho phép sản xuất các polyme đặc biệt dùng làm lớp phủ, chất dính, dầu nhờn, mỹ phẩm, đồ điện tử và nhiều sản phẩm khác. Ưu điểm của ATRP là khả năng kết hợp các đơn phân tử (monome) có tính chất hoá học khác nhau theo nhiều cách để tạo thành các polyme đặc biệt. Công nghệ này cho phép sản xuất những nguyên liệu “thông minh” có thể phản ứng linh hoạt với những thay đổi của môi trường như thay đổi về áp suất, độ axít, tiếp xúc với ánh sáng và nhiều thay đổi khác.

Một số công ty ở Hoa Kỳ được cấp phép sử dụng ATRP đã bắt đầu sản xuất ở quy mô thương mại. Tuy nhiên, Matyjaszewski cho rằng việc sản xuất polyme trên quy mô lớn bằng phương pháp ATRP còn hạn chế vì ATRP trước đây đòi hỏi phải loại bỏ một lượng lớn đồng  xúc tác trong các sản phẩm cuối cùng.

Matyjaszewski cho rằng: "Các quy trình ATRP mới làm giảm đáng kể chi phí tái chế chất xúc tác và còn giảm phát thải các phụ phẩm gây ra phản ứng nguy hiểm được phát hiện trong chất thải công nghiệp”.

Trong thời gian áp dụng ATRP, các nhà khoa học đã tạo ra cấu trúc polyme phức hợp bằng cách sử dụng một loại chất xúc tác đặc biệt để bổ sung cho một hoặc một số đơn vị monome vào lúc chuỗi polyme tăng lên. ATRP cần có sự cần băng giữa 2 loại đồng (Cu) xúc tác, đó là CuI và CuII. Nhưng vì phản ứng ATRP tăng dần, Cu II tích tụ lại, thông thường các nhà nghiên cứu cho thêm nhiều CuI hơn để bù lại tác động này và duy trì sự cân bằng giữa 2 loại đồng. Tuy nhiên, phương pháp này cuối cùng cũng tạo ra các nguyên liệu có chứa hàm lượng đồng cao mà để loại bỏ trên quy mô công nghiệp thì rất tốn kém. 

Báo cáo của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia (PNAS) nhấn mạnh tới việc các nhà khoa học sử dụng “ chất khử dư thừa” theo phương pháp mới để giảm lượng đồng xúc tác từ 5000 phần triệu (ppm) xuống còn 10 ppm. Nhóm các nhà khoa học chứng minh, có thể bổ sung đều đặn các chất “khử” thân thiện với môi trường như vitamin C, đường hay các gốc tự do chuẩn (standard free radicals) để khử CuII thành CuI. Phương pháp này liên tục khử CuII thành CuI có tốc độ như quá trình tạo ra Cu II, đồng thời vẫn giữ được cần bằng 2 loại đồng. Cuối cùng, kỹ thuật này làm giảm lượng Cu xúc tác được sử dụng theo phương pháp ATRP khoảng 1000 lần .  

Nhiều loại chất dẻo tạo ra  bằng ATRP được sử dụng làm mô cấy trong y học sẽ có thể chấp nhận đựợc trong tương lai vì chúng chứa rất ít đồng. Tuy nhiên, theo các tác giả, nếu việc sử dụng có mục tiêu như làm lớp phủ cho thanh dẫn y sinh đòi hỏi phải loại bỏ hoàn toàn dư lượng chất xúc tác, hiện nay các công ty sẽ giảm đáng kể chi phí khử chất xúc tác.   

Ngoài ra, kỹ thuật ATRP mới cho phép sản xuất những chuỗi phân tử có trọng lượng lớn hơn, do đó làm tăng thêm loại nguyên liệu sử dụng được sản xuất bằng phương pháp này. Ví dụ, các nhà hoá học có thể làm tăng các polyme phân tử trọng lượng lớn bằng việc kiểm tra nghiêm ngặt, thậm chí tạo ra các mẫu có kích thước lớn hơn thay cho các cấu trúc cácbon có kích thước nanô sử dụng để hiện thị trường phát của màn hình máy tính và các bán dẫn điều chỉnh dòng điện trong các cảm biến, một số có kích thước chỉ bằng một phần bề rộng của một sợi tóc.

ATRP khác xa so với các phương pháp sản xuất polyme truyền thống. Quy trình xử lý tổng hợp “đang tồn tại” có thể ngừng hoặc khởi động lại khi muốn, phụ thuộc vào mức độ thay đổi của nhiệt độ và các điều kiện khác của phản ứng. ATRP là phương pháp đặc biệt để kiểm soát một cách thống nhất và chính xác thành phần hoá học và cấu trúc của polyme cũng như sự hình thành của từng chuỗi polyme, khi sử dụng nhiều loại monome.   

Nguồn: eurekalert, 10/2006