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化学家制造坚韧的塑料可回收

发布时间:2020-07-23 13:08   浏览次数:249
摘要:在许多必须耐用且耐热的产品(例如汽车或家用电器)中发现了热固性塑料,其中包括用于轮胎的环氧树脂,聚氨酯和橡胶。这些材料的一个缺点是它们在使用后通常不容易回收或分解,因为将它们结合在一起的化学键比其他材料(例如热塑性塑料)更牢固。

在许多必须耐用且耐热的产品(例如汽车或家用电器)中发现了热固性塑料,其中包括用于轮胎的环氧树脂,聚氨酯和橡胶。这些材料的一个缺点是它们在使用后通常不容易回收或分解,因为将它们结合在一起的化学键比其他材料(例如热塑性塑料)更牢固。麻省理工学院的化学家现已开发出一种使用化学连接剂改性热固性塑料的方法。这种方法可以使材料更容易分解,但仍保持其机械强度,因此非常有用。在如今出现在《自然》杂志上的一项研究中,研究人员表明,他们可以生产可降解版本的热固性塑料,称为pDCPD,将其分解成粉末,然后使用该粉末制造更多的pDCPD。他们还提出了一个理论模型,表明他们的方法可以应用于各种塑料和其他聚合物,例如橡胶。麻省理工学院化学教授,研究的资深编辑耶利米·约翰逊(Jeremiah Johnson)说:“这项工作揭示了一个基本的设计原则。大家相信,这种基本的设计原则对于任何一种热固性塑料都是有效的。它们都是通用的”。

麻省理工学院美国癌症协会的博士后研究员Peyton Shieh是该论文的第一编辑。难以回收热固性塑料是热塑性塑料的两个主要类别之一。热塑性塑料包括聚乙烯和聚丙烯,它们用于塑料袋和其他一次性塑料(例如食品包装纸)中。这些材料是通过加热小的塑料颗粒直至熔化,然后将它们模制成所需的形状,然后将其冷却成固体而制成的。占全球塑料产量约75%的热塑性塑料可以再次加热直到变成液态。回收,因此可以将它们重塑为新形状。热固性塑料是通过类似的过程制成的,但是一旦将它们从液态冷却到固态,就很难恢复液态。这是因为在聚合物分子之间形成的键是称为共价键的牢固化学连接,很难断开。约翰逊说,加热后,热固性塑料通常先燃烧,然后才能重塑。他说:“一旦将它们设置为给定的形状,它们将在整个生命中保持这种形状。” “通常没有简单的方法来回收它们。”麻省理工学院的团队希翼找到一种方法来保持热固性塑料的强度。和耐用性-同时使它们在使用后更容易分解。在去年由Shieh作为主要编辑的一篇论文中,Johnson的小组报告了一种通过结合结构单元或含有甲硅烷基醚基团的单体来制备可降解聚合物的方法。单体无规分布在整个材料中,并且当材料暴露于酸,碱或离子(例如氟化物)时,甲硅烷基醚键会断裂。用于合成这些聚合物的相同类型的化学反应也用于制造某些热固性塑料,包括用于卡车和公共汽车车身面板的聚二环戊二烯(pDCPD)。研究人员在他们的2019年论文中使用了相同的策略,将甲硅烷基醚单体添加到液体前体中以形成pDCPD。他们发现,如果甲硅烷基醚单体占整体材料的7.5%至10%,pDCPD将保留其机械强度,但当暴露于氟离子时会分解成可溶粉末。约翰逊说:“这是大家发现的第一件事。” “大家可以降解pDCPD而不会损害其有用的机械性能。”在有关新材料的第二阶段研究中,研究人员试图将所得粉末再利用以形成新材料。PDCPD材料。将粉末溶解在用于制备pDCPD的前体溶液中后,他们能够从回收的粉末中制备新的pDCPD热固性塑料。约翰逊说:“与原始材料相比,新材料几乎没有区别,并在一定程度上改善了机械性能。” “证明您可以使用降解产物,并使用相同的方法来生产相同的热固性塑料。人们对此感到兴奋。”研究人员认为,这种通用方法也可以应用于其他类型的热固性化学。在这项研究中,他们表明,使用可降解单体形成聚合物单链比使用可降解键将链“交联”在一起要有效得多,这已在以前尝试过。他们认为这种可裂解链方法可用于生产许多其他类型的可降解材料。约翰逊说,如果可以为其他类型的聚合反应找到合适类型的可降解单体,则该方法可用于制造其他热固性材料的可降解形式,例如丙烯酸,环氧,硅酮或硫化橡胶。现在,研究人员希翼组建一家企业来许可该技术并将其商业化。麻省理工学院还授予Millipore Sigma非独家许可,用于生产和销售用于研究目的的甲硅烷基醚单体。 Patrick Casey是SP Insight的新产品顾问,也是麻省理工学院Deshpande技术创新中心的导师。他一直与Johnson和Shieh一起评估该技术,包括一些初步的经济模型和二级市场研究。 Casey说:“大家已经与一些领先的行业参与者讨论了这项技术,他们告诉大家,预计该技术将对整个价值链的利益相关者都有利。”获得低成本的再生材料;设备制造商(例如汽车制造商)可以实现其可持续性目标;热固性塑料可以使回收商获得新的收入来源。消费者已经节省了成本,大家所有人都得到了回报。更清洁的环境。 ”

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