尽管许多工业塑料是可回收的,很大一部分的塑料垃圾回收不是因为能源需求和成本相关的过程。化学回收聚合物可能答案临终塑料垃圾造成的环境问题。最近,大学的研究人员在美国阿克伦,Junpeng王博士的带领下,开发出一种聚合物,可以解聚成其组成单体进一步回收和循环再利用。这项研究发表在《华尔街日报》化学性质。
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的问题浪费聚合物
合成聚合物起着至关重要的作用在现代生活和工业发展。现代聚合物拥有广泛的多功能性和优越的机械性能,提供优秀的稳定性和加工性能比传统材料,如金属、矿物和木头。亚博网站下载
这些属性巩固统治地位,聚合物在现代经济。然而,由于其长期耐久性、高分子材料在环境中积累,造成浪费严重的问题对于一个各种各样的栖息地和生态系统。亚博网站下载
今天的聚合物的90%左右来自有限的石化原料通过持续的原料提取和制造过程,进一步导致环境恶化。
解决这些问题的努力包括生物,photo-degradable聚合物的发展和机械回收。通常,生物可降解塑料,如用于食品包装,缺乏所需的机械强度要求工业应用。
Photo-degradable塑料显示紫外线(UV)光降解的一些承诺,但烃链骨干的低反应性明显限制的速度下降。
机械回收,另一方面,往往导致重大损失的质量和机械强度,使得回收材料不适合高性能的应用程序。
理想消费后的材料的回收和重用的过程亚博网站下载
一个有前途的方法,可以使聚合物的循环重用是化学的发展可回收的聚合物,可以解聚在他们的生活,和重用组成单体的高价值材料属性相当于原始材料。亚博网站下载这样的循环使用的塑料材料保护有限的自然资源,帮助解决临终问亚博网站下载题对于许多工业产品。
几个挑战需要解决建立有效的圆形塑料经济基于化学回收聚合物。首先是具有成本效益的解聚过程的发展高选择性可以消费后的材料转化为起始物料(概念称为化学回收单体或CRM)。然后,depolymerizable聚合物需要匹配的属性或超过当前工业塑料的属性。
Junpeng王博士,副教授聚合物高分子科学与工程,和他的同事们一起在美国阿克伦大学的,相信他们会与CRM相关的科学挑战的答案。亚博老虎机网登录
王博士的研究小组已经成功地设计了单体和聚合物的结构,表现出高(de)聚合活动和可以提供的属性和性能与现有的工业标准。
Ring-Strain变化的平衡
研究人员使用一种专门设计的单体组成的环辛烯(8-membered不饱和环烯烃)和一个四元环丁烷环融合8人环。
一旦溶解在合适的有机溶剂,受到单体的开环聚合(ROMP)反应的钌催化剂。
玩耍是一个连锁聚合聚合过程环烯烃转化为聚合物。反应的驱动力是减压环应变的循环烯烃。术语ring-strain之间的能量差与循环形式的单体和聚合形式,确定反应是可逆的。
王博士的团队发现这个特殊单体通过计算研究COVID-19大流行期间在实验室实验工作时暂停。相反,化学家们集中在计算机建模的应变在一系列环辛烯,直到他们发现cyclobutane-fused环辛烯化合物有一个惊人的低环应变。这个发现意味着两种形式,循环和聚合物,应该有类似的能量,应该成为可逆聚合反应。
实验数据表明,cyclooctene-derived单体可以在室温下聚合,收益率为67%。然后,当50°C的反应是逆转,近90%的聚合单体恢复了使用相同的钌催化剂,也不会生成或消耗额外的材料。亚博网站下载
王博士解释说,控制反应单体的浓度,高浓度聚合物形式,而低浓度的变化对单体反应平衡。
匹配的商业塑料的特性
生成的聚合物表现出良好的热稳定性和热分解温度高达370°C(远高于聚合物的玻璃化转变温度)。因此,新颖的聚合物可以安全地加工成产品传统高温注塑没有明显退化。重要的是,可回收的聚合物在催化剂的作用下,只能解聚。否则,它是高度稳定的,可以承受高温,腐蚀和机械应力。
复合王博士的团队合成也是高度可调。聚合物的性质可以通过更换调整功能性侧链聚合物骨干。imide-functionalized衍生物的聚合物的机械性能显示出相应的聚苯乙烯(使用最广泛的塑料之一)。研究人员认为,其他衍生品可以找到多种用途无限可回收的塑料或橡胶。
王博士和同事采取的创新的方法可以提供一个路线图的进一步发展经济可持续和圆形的聚合物。
引用和进一步阅读
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