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新的聚合物設計打破了韌性和可回收性之間的權衡

2024-10-25 20:12 來源:本站編輯

New polymer design breaks the tradeoff between toughness and recyclability

塑料支撐著現代生活的大部分領域,如醫(yī)藥、技術和食品安全,如果沒有塑料和它們的有用特性,將無法辨認。然而,塑料的韌性,這往往是可取的,也使它們成為一種危險的污染物,難以回收。解決這一日益嚴重的問題的辦法是使塑料更容易回收。

在發(fā)表在《化學科學》雜志上的一項研究中,大阪大學的研究人員發(fā)現了一種制造堅韌、高性能聚合物的方法,這種聚合物是塑料的主要成分,可以輕松、精確地分解成它們的組成部分,并回收成新的材料。

塑料的主要成分是被稱為聚合物的分子,它是由被稱為單體的小重復單元組成的長鏈。目前的物理回收只是重復使用聚合物而不分解它們,回收的塑料通常比原來的塑料更糟糕。

化學回收是一種較新的方法,它將聚合物鏈分解成單體單元,然后將這些單元串聯在一起。回收的塑料和新的一樣好。然而,設計用于化學回收的聚合物通常是弱的,因為它們的單體單元之間有弱鏈接,因此很容易斷開鏈。

研究人員已經開發(fā)出一種方法,在不影響耐熱性和耐化學性的情況下,制造出堅韌的、化學上可回收的聚合物。這一突破將極大地擴展化學可回收聚合物的使用。

“我們知道我們需要使單體之間的連接在惡劣環(huán)境中非常牢固,但在特定的回收條件下很容易斷裂,”主要作者小川聰說?!拔覀凅@訝地發(fā)現,沒有人嘗試過加入一個導向基團,因為只有在金屬催化劑存在的情況下,導向基團才會破壞強鏈接?!?/p>

定向組就像鏈接上的鎖,只有在出現正確的密鑰時才打開鏈接。這種聚合物經得起高溫和嚴酷的化學物質的考驗,但當涉及到回收利用時,鎳催化劑就像一把鑰匙,引導基團很容易打開鏈接,釋放出單體。原來的聚合物可以由單體重新組裝。

資深作者Mamoru Tobisu解釋說:“這是一個巨大的進步,使聚合物如此堅韌,可以很容易地精確分解,并在這么少的步驟中回收成原始材料?!薄斑@種革命性的設計可以用于制造高性能聚合物,這種聚合物可以無限期地回收,而不會損失質量?!?/p>

該團隊的工作表明,性能和可回收性之間并不需要權衡。他們的設計可以用于許多其他聚合物,使許多類型的塑料在化學上可回收,可能有助于將塑料污染扔進歷史的垃圾桶。

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