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坚硬但柔软的塑料可以重新塑造和回收

晨曦若羽 2018-06-22 10:30:16

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硼氧环在整个聚合物网络中断裂并重新形成,因为它们与其他位点处的硼酸基团反应。这使得塑料能够在不损失机械性能的情况下进行重新塑形,熔化和改造,甚至分解成单体进行回收。


为热固性塑料的热固化塑料不能被长时间打败。但是用于制造涂料,汽车部件和餐具的这些弹性聚合物存在缺陷:它们不能被重新塑造或回收。现在,一种新型塑料以更具可持续性的包装形式提供了热固性材料的韧性。与其前身不同的是,它可以被熔化并重新形成一个与原始物质一样强的新物体,或者分解成其原料,可以重新用于制造新的聚合物(J.Am.Chem.Soc.2018,DOI:10.1021 / jacs.8b03257)。

包括环氧树脂和三聚氰胺之类材料的热固性塑料通过加热液体原料或使其与催化剂反应来生产。它们坚硬,坚固,并且抵抗化学腐蚀和高温。但这些令人印象深刻的机械特性意味着,一旦三聚氰胺板发生裂纹,它通常会以垃圾填埋方式结束。

近年来,研究人员开发出了一种更具可塑性的热固性塑料,称为玻璃体,可以在加热时成形为玻璃状,但在冷却时保持其韧性。这些基于在高温下断裂和改造的交联。但迄今为止,加州大学欧文分校的化学家Zhibin Guan表示,制造一种具有高机械强度的玻璃体很困难,玻璃体可以很容易地熔融和重塑多次,并分解成原材料进行回收利用。

Guan的研究小组检查了硼氧键,因为它们“热力学上非常稳定和强有力的键”,他说。从以前的工作中,他们知道硼氧键可以变得灵活。特别是,他和他的研究生威廉奥格登转向了环硼氧烷,一种由硼酸脱水制成的硼和氧原子交替六元环的化合物。

研究人员从二硼酸单体开始。他们制备了一种单体和一种吡啶基增塑剂的溶液,将其倒入培养皿中,并将其加热至80℃达12小时。这种脱水产生了一种不溶于有机溶剂的坚硬,基于硼氧环己烷的热固性材料。

当研究人员施加压力和热量时,即使在室温下如果施加足够长的时间压力,材料也可以重新塑造。硼氧环是流体:当它们与残留的硼酸基团反应时,它们在聚合物网络的另一部分断裂然后重整。“这就像一个更傻,更坚固的傻腻的版本,”Guan说。

这些性能也使聚合物得到了再加工。研究人员多次将样品切成块,并在模具中热压它们以重新形成新样品,而没有任何机械性能的损失。

但最后的测试证明了材料的完全可回收性:它们将塑料溶解在沸水中并冷却溶液以回收起始单体,二硼酸的白色粉末。

Guan说,塑料可以用于涂料,粘合剂,复合材料填充剂和3D打印。此外,化学成分价格低廉,易于购买,因此大量生产应该很容易。

科罗拉多大学博尔德分校的化学家张伟说,这对可塑性热固性聚合物来说是一个很好的设计策略。他说,将塑料降解为其组成单体的能力可以最大限度地减少化学废物,并为塑料提供更环保,更环保的方法。然而,实际上,研究人员需要彻底研究这种新材料的抗湿性; 这种新材料完全溶解在沸水中,这可能会限制其应用。

Guan说,有很多方法可以调整这个初始概念验证系统的属性。“通过将更多疏水性组分放入单体单元中,我们应该能够使其对水更加稳定。”



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