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化学家作出艰难的塑料回收利用

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用于生产热固性塑料的新方法,使他们能够在使用后更容易被分解。

热固性材料,其包括环氧树脂,聚氨酯,以及橡胶用于轮胎,在必须是耐用的和耐热的,如汽车或电器的许多产品中找到。一个缺点,这些材料是它们通常不能容易地再循环或使用后分解,因为它们保持化学键合起来为比其他材料中发现,例如热塑性塑料更强。

现在ag真人平台的化学家已经开发出一种方法来修改与化学接头,使材料更容易分解热固性塑料,但仍允许他们保留的机械强度,使他们非常有用。

在 一项研究 今天出现在 性质,研究人员发现,他们可以产生一种热固性塑料称为PDCPD的可降解的版本,把它分解成粉末,并用粉来创造更多的PDCPD。他们还提出了一个理论模型表明他们的方法可以适用于范围广泛的塑料和其它聚合物,如橡胶。

“这项工作推出了一个基本的设计原则,我们认为是一般的任何一种热固性与此基本结构,”说 耶利米·约翰逊ag真人平台的化学教授和研究的资深作者。

姚明shieh,在ag真人平台的美国癌症协会的博士后研究员,是论文的第一作者。

难以回收

热固性塑料是两类主要的塑料之一,与热塑性塑料一起。的热塑性塑料包括聚乙烯和聚丙烯,其用于塑料袋等一次性使用的塑料如食品包装。这些材料通过加热的塑料小球粒,直到它们融化,然后将它们模塑成所需的形状和让他们冷却回到成固体制成。

热塑性塑料,从而弥补了全世界大约塑料生产的75%,可以通过加热它们再次被回收,直到它们变成液体,因此它们可以被重塑成一个新的形状。

热固性塑料是由类似的方法制备,但一旦它们被从液体冷却成固体,这是非常难以将它们返回到液体状态。这是因为债券在聚合物分子之间形成的是强烈的化学附件称为共价键,这是非常难以打破。加热时,热固性塑料通常会烧他们可以重塑之前,约翰逊说。

“一旦他们在一个给定的形状设置,他们在形状其一生,”他说。 “通常没有简单的方式来回收。”

MIT的研究小组希望开发一种方法来保留的热固性塑料的积极属性 - 其强度和耐用性 - 同时使它们更容易使用后分解。

在去年出版,shieh作为第一作者的论文中,约翰逊的小组报道了一种方法来创建 可降解的聚合物 用于药物递送,通过将建筑砌块,或单体,含有甲硅烷基醚基团。这种单体在整个材料随机分布,并且当材料暴露于酸,碱,或如氟离子,甲硅烷基醚键断裂。

相同类型的用于合成的那些聚合物的化学反应也可用于使一些热固性塑料,包括聚二环戊二烯(PDCPD),其用于在卡车和公共汽车的主体面板。

使用同样的策略从他们的2019论文中,研究者加入甲硅烷基醚单体相对于液体前体形式PDCPD。他们发现,如果硅醚单体7.5和整体材料的10%之间发涨,PDCPD将保留其机械强度,但可以被分解为在暴露于氟离子的可溶性粉末。

“这是我们发现的第一个令人兴奋的事情,”约翰逊说。 “我们可以使PDCPD降解,同时不伤害它的有用的机械性能。”

新材料

在研究的第二阶段中,研究人员试图再利用所产生的粉末,以形成一个新的PDCPD材料。在用于制备PDCPD所述前体溶液中的粉末溶解后,他们能够从再循环的粉末使新PDCPD热固性材料。

“新材料很难区分,并且在改进某些方面,机械性能比原来的材料,”约翰逊说。 “这说明您可以采取的降解产物,并再次使用相同的过程是令人兴奋的重拍一样热固性材料。”

研究人员认为,这种一般的方法可以应用到其他类型的热固性化学的为好。在这项研究中,他们发现,使用可降解的单体以形成聚合物的单个链比使用降解的键为“交联”的股线一起,这之前已经尝试有效得多。他们认为,这种切割链的方法可以用于产生许多其他类型的可降解材料。

“这是在工程热固性塑料的令人振奋的进步,”杰弗里摩尔,在伊利诺伊大学化学教授,谁没有参与这项研究说。 “化学家大部分他们的努力学习,以更好的合成塑料,远不如化学研究已经投入到聚合物解构主义的科学。约翰逊的工作有助于填补基础知识这一重要缺口,同时提供的技术意义的进步。”

如果右种降解单体可用于其他类型的聚合反应的发现,这种方法可用于制备其它热固性材料可降解的版本,如丙烯酸树脂,环氧树脂,硅树脂,或硫化橡胶,约翰逊说。

研究人员现在希望成立一家公司,以许可证和技术商业化。

帕特里克·凯西,在SP洞察新产品顾问,ag真人平台德什潘德技术创新中心的导师,一直与约翰逊和shieh评估技术,包括进行一些初步的经济模型和二级市场调研。

“我们已经讨论了这一技术,一些行业领先企业,谁告诉我们它有望成为整个价值链中的利益相关者好,”凯西说。 “份制造者得到低成本回收的材料的流;设备制造商,如汽车公司,能够满足他们的可持续发展的目标;和回收得到热固性塑料新的收入来源。消费者看到了成本节约,以及我们所有的人得到一个更清洁的环境。”

这项研究是由美国国家科学基金会和美国国家卫生研究院资助。