世界爱上了塑料,因为它们便宜,方便,轻便且持久。出于同样的原因,塑料现在正在摧毁地球。
科罗拉多州立大学的化学家们在“ 科学 ”杂志上宣布了向无废料,可持续材料迈出的又一重大步伐,有朝一日可以与传统塑料相竞争。在化学系教授尤金陈的带领下,他们发现了一种聚合物,它具有很多与塑料相同的特性,如重量轻,耐热性,强度和耐用性。但是与典型的石油塑料不同,新型聚合物可以转变回原来的小分子状态,以实现完全的化学回收。这可以在不使用有毒化学物质或强化实验室程序的情况下完成。
聚合物是一类广泛的材料,其特征在于长链的化学键合,称为单体的重复分子单元。目前合成聚合物包括塑料,以及纤维,陶瓷,橡胶,涂料和许多其他商业产品。
这项工作建立在陈氏实验室2015年首次展示的化学可回收聚合物的前一代。制作旧版本需要非常冷的条件,这会限制其工业潜力。之前的聚合物也具有低的耐热性和分子量,并且,虽然塑料状,但是相对较软。
但从这项研究中获得的基础知识是无价的,陈说。这导致了开发未来一代聚合物的设计原则,该聚合物不仅可以进行化学回收,而且还具有强大的实用性能。
这种新型,改进得多的聚合物结构解决了第一代材料的问题。该单体可以在环境友好的工业现实条件下方便地聚合:在室温下无溶剂,仅需几分钟的反应时间且仅有痕量的催化剂。所得材料具有高分子量,热稳定性和结晶度,以及非常像塑料一样表现出的机械性能。最重要的是,使用催化剂,在温和的实验室条件下,聚合物可以循环回到其原始的单体状态。不需要进一步纯化,单体可以重新聚合,从而确定陈称为循环材料的生命周期。
这种创新的化学成分让陈和他的同事兴奋的未来,在这种未来中,新的绿色塑料,而不是在数百万年的垃圾填埋场和海洋中生存,可以简单地置于反应器中,并用化学术语解聚成恢复其价值 - 现在的石油塑料是不可能的。回到化学起点,材料可以反复使用 - 彻底重新定义“回收”的含义。
“聚合物原则上可以无限制地进行化学回收再利用,”陈说。
陈强调,新型聚合物技术仅在学术实验室规模上得到了证明。为了完善他和同事们发明的正在申请专利的单体和聚合物生产工艺,还有很多工作要做。
在CSU Ventures的种子基金的帮助下,化学家们正在优化其单体合成工艺,并开发出新的,更具成本效益的途径来开发这种聚合物。他们还在研究单体 - 聚合物 - 单体回收装置的可扩展性问题,同时进一步研究新的化学结构以获得更好的可回收材料。
“这是我们的梦想,看到这种化学可再循环的聚合物技术在市场上实现,”陈说。
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