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将塑料生命周期从线性模型重新定向到循环经济模型是现代材料科学的重大挑战之一。应对这一挑战,来自荷兰格罗宁根大学和华东理工大学(ECUT)在上海的研究人员创造了一种可回收的聚合物,可以很容易地分解成其组成单体。这些分子积木可以反复组装成新的塑料欧洲杯线上买球材料,而不会降低性能或质量。欧洲杯足球竞彩
大多数传统的石油化工衍生聚合物材料依赖于高分子网络的形成,通过高强度共价键连接在一起,以在材料的整个使用寿命欧洲杯足球竞彩内实现其优异的机械性能和耐久性。然而,成本有效地破坏这些键是非常具有挑战性的,这使得大多数现代聚合物难以修复,并且在达到寿命末期时,极难再利用或回收。
如何制造完全可回收的塑料?
与合成聚合物材料相比,生物系统采取了非常不同的方法,以确保稳定、长欧洲杯足球竞彩期的性能,并易于回收。例如,骨组织会经历不断的重塑——骨组织的连续吸收和新骨的沉积,以满足不断变化的机械需求和修复骨基质中的微损伤。通过这些循环,骨组织对损伤的反应是愈合的,也可以回收报废的材料。
越来越多的可再生资源被用于聚合物的生产。如二氧化碳、植物油和其他生物衍生的碳水化合物等单体可作为原料,用于生产各种可持续材料和产品,包括弹性体、工程塑料和树脂。欧洲杯足球竞彩
与此同时,不可持续的塑料处理做法继续耗尽世界有限的自然资源,破坏环境。
设计一种聚合物,能够经历无限次的降解(解聚)和形成(聚合)循环,类似于骨重塑过程,将允许有价值的资源以高价值的形式回馈到经济中,而不是将它们作为发电的燃料向下循环。因此,通过解聚和再聚合的化学回收过程减少了对有限原材料的需求,最大限度地减少了塑料对环境的负面影响。欧洲杯足球竞彩
这个看似理想的策略激励了FrInka诺贝尔奖科学家联合研究中心(格罗宁根大学和ECUT之间的联合研究所)的研究者,由Ben Feringa教授、笪慧去教授和He田领导,以探索一个温和的过程(在环境条件下进行)。用于完全可回收聚合物的可逆聚合-解聚。
来自大自然的多功能积木
这个国际研究团队并没有发明永远不会分解的塑料,而是用硫辛酸作为原料,创造了一种本质上可回收和自愈合的聚合物。硫辛酸(又称硫辛酸)是一种天然存在的有机硫化合物,由植物和动物(包括人类)合成,是有氧代谢的重要辅酶。
硫辛酸具有包含两个硫醇(硫)基团的五元环结构。当巯基被氧化时,它们形成一个独特的共价二硫键(硫-硫键),可以在温和的反应条件下快速重复地形成和分解。
大分子网络的分层自组装
在还原过程中,二硫键断裂,硫原子可以与其他分子(或单体)反应,导致所谓的开环聚合过程。
硫辛酸分子还含有羧基,它们通过非共价氢键相互作用。此外,羧基容易与金属离子反应。因此,金属离子,如铁(III),可以作为交联剂之间的聚(二硫)链,这导致弹性聚合物材料。
硫辛酸在非常温和的条件下(70℃)聚合时,由三种不同类型的化学键组成聚合物网络:动态共价二硫键、非共价氢键和铁(III)-羧酸配位键。
因此,其结果是一种具有非凡力学性能的聚合物,如优异的拉伸性能和机械强度。
快速无缝自愈
硫辛酸大分子网络中动态化学键的可逆性质有助于聚合物在室温下极快的自愈行为。该新型聚合物的应力应变测试表明,该材料在1分钟内恢复了约80%的原始弹性模量,并在5分钟的自修复后完全恢复了其力学性能。
完全可逆聚合允许原料回收
最重要的是,可逆聚合过程允许硫辛酸聚合物完全解聚为单体。该过程发生在稀碱性水溶液中,如氢氧化钠溶液。可通过中和溶液(通过添加酸)沉淀单体。回收单体的质量与原始原料的质量相同。
目前,采用无溶剂的温和可逆聚合-解聚工艺,单体回收率可达87%。回收的硫辛酸可重复使用多次而不影响最终产品的质量。来自中国和荷兰的联合研究团队不断完善该工艺,以达到100%单体回收率的目标。
具有可调属性的可持续聚合物
在未来,科学家们设想他们可以创造出具有可调机械性能的新型可重构聚合物,包括自愈合弹性体和在寿命结束时可完全解聚的机械坚固塑料。
这些完全可回收的材料可以替代目前使用的许多不可欧洲杯足球竞彩回收塑料,并为可持续塑料生命周期提供前景。
参考资料及进一步阅读
格罗宁根大学(2021)来自大自然的分子提供了完全可回收的聚合物。[网上]https://www.eurekalert.org可以在:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-02/uog-mfn020421.php(2021年3月18日通过)。
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