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新分子铺就可再生塑料“变革”之路
时间:2021-02-01 14:39:15  
 

来源: 科技日报 
新分子可以“压缩”变成用于制造塑料的聚合物,将其“解压”(解聚)又能变回其原始状态,以便重复使用。



图片来源:美国普林斯顿大学网站

随着地球上橡胶和塑料垃圾负担持续增加,科学家们期待能以闭环回收的方式减少垃圾数量。据最新一期《自然·化学》杂志报道,美国研究人员发现了一种可能改变游戏规则的新分子——低聚环丁烷,对实现这一目标具有广泛意义。
普林斯顿大学化学系研究人员表示,该分子以一种极不寻常的方式连接成正方形的重复序列,并能在一定条件下逆转,即可将分子“压缩”变成用于制造塑料的新聚合物,然后将其“解压”(解聚)变回原始单体,以备重复使用。
过去,需要昂贵的专用聚合物和多道工序才能将类似材料恢复为原始状态,从来没有使用丁二烯这样普通的原材料。该新分子是聚丁二烯的一种形式,聚丁二烯已有一百多年的历史,广泛用于制造轮胎和鞋底等橡胶和塑料制品。其母体丁二烯是一种丰富的有机化合物,是化石燃料开发的主要副产品。
研究人员表示,采用人们已经研究和聚合了数十年的一种真正通用的化学物质,从中制造出一种全新的材料,而且该材料还拥有有趣的特性,是在可持续化学方面迈出的一大步。
研究人员用铁作为合成新分子的催化剂,可将丁二烯单体“点击”在一起,从而形成低聚环丁烷。铁“诱使”单体相互叩击,以形成正方形聚合物。通常,单体通过S形结构的简单重复连接形成聚合物。但是在本研究中,这些单体会以正方形链的形式串在一起。
为了将其解压,在铁催化剂的条件下将分子暴露于真空中,将逆转“压缩”过程并回收原始材料,这使其成为闭合化学循环的一个罕见例子。
该材料还具有令人着迷的特性。例如,它可以远距离操纵,这意味着该链的两端均已功能化。此属性可以使其本身用作构建基块,充当聚合物链中其他分子之间的桥梁。此外,它是热稳定的,这意味着它可以加热到250℃以上而不会迅速分解。
即使在低分子量为1千克/摩尔的情况下,它也表现出高结晶度,这表明它能在更轻的情况下实现其理想物理性能(如结晶度和材料强度)。
研究人员称,用这种单体制成的材料非常坚硬,并不像一般的再生塑料那样脆弱不耐用。

 
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