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可多次循环利用的新一代塑料

发布日期:2019-05-31

科学家们已经制造出一种新塑料,这种塑料可以一次又一次地循环利用制成任意颜色和形状。

美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室的一组研究人员设计了一种可回收塑料,可以在分子水平上分解成其组成部分,然后一次又一次地重新组装成不同的形状、纹理和颜色,而不会影响性能或质量。这种名为聚二酮烯胺(PDK)的新材料发表在杂志《自然化学》上。

研究报告的主要撰写人、加州大学伯克利分校分子铸造实验室的博士后Peter Christensen说:“大多数塑料从来都不是用来回收的。但大家已经发现了一种从分子角度考虑回收利用的塑料组装新方法。”Christensen是伯克利实验室分子铸造厂的科学家Brett Helms领导的多学科团队的一员。其他合著者是本科研究人员Angelique Scheuermann和Kathryn Loeffler,他们在研究时得到了DOE的科学本科实验室实习项目的资助。

研究人员希翼通过鼓励回收和再利用塑料来转移来自垃圾填埋场和海洋的塑料。塑料回收和再利用可以通过PDK形成的聚合物来实现。Helms说,PDK用可逆键取代了传统塑料的不可变键,使塑料可以更有效地回收利用。与传统塑料不同的是,PDK塑料的单体可以通过将材料浸泡在高酸性溶液中而被回收并从任何复合添加剂中释放出来。这种酸有助于打破单体之间的化学键,并将它们与化学添加剂分离开来,而化学添加剂赋予塑料外观和触感。

Helms说:“大家感兴趣的是将塑料生命周期从线性转向循环的化学过程。大家看到了一个机会,可以在没有回收选择的地方有所作为。”其中包括粘合剂,手机壳,表带,鞋,电脑电缆,和硬热固性塑料制品。

研究人员首先发现了PDK塑料令人兴奋的循环性能,当时Christensen向制造PDK粘合剂的玻璃器皿中加入了各种酸,并注意到这种粘合剂的成分发生了变化。Christensen对粘合剂是如何被转化的感到好奇,于是他用核磁共振光谱仪分析了样品的分子结构。“令大家惊讶的是,它们竟然是最初的单体。”Helms说。在分子铸造厂测试了各种配方后,他们证明了酸不仅可以将PDK聚合物分解成单体,而且还能将单体从缠绕的添加剂中分离出来。

接下来,他们证明了回收的PDK单体可以被重新制成聚合物,而这些回收的聚合物可以在不继承原有材料的颜色或其他特征的情况下形成新的塑料材料。他们还可以通过增加额外的功能,比如灵活性,来提高塑料的使用寿命。

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