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美国研发新型可无限循环利用塑料

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浏览:- 发布日期:2019-05-16 14:48:12【

美国能源部(DOE)的一项新研究设计了一种塑料,这种塑料可以回收很多次,而且不会有任何性能损失。

美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)已经生产出一种新型聚合物,类似于乐高玩具,可以分解并重新组装成不同的形状、质地和颜色,而不会影响其质量。这种新材料被称为“聚酮烯胺”,或PDK。

“大多数塑料都不是用来回收的,”伯克利实验室的分子铸造博士后彼得·克里斯坦森说。“但我们发现了一种组装塑料的新方法,从分子角度考虑了回收问题。”

目前最可回收的塑料,PET -聚对苯二甲酸乙酯(乙烯对苯二甲酸酯),回收率只有20-30%左右。剩下的则被送入焚烧炉、垃圾填埋场或海洋中焚烧,释放出二氧化碳,或者被留在地球上堵塞几个世纪,直到地球分解。

塑料基本上是长链的碳基分子(“分子链”)连接在一起形成聚合物(“许多分子链”)。它们的结构使它们在化学上非常稳定,这意味着它们不会像其他材料那样生锈、腐烂或溶解。为了使它们适应特定的用途,制造商还加入化学添加剂来改善某些性能。例如,填充物使塑料变得坚韧,而增塑剂则使塑料变得柔韧。这些添加剂在化学上与个别的中东呼吸综合征紧密结合。所以即使塑料在回收工厂加工,它们也几乎不可能被清除。不同化学成分的塑料混合在一起,磨成碎片,在回收过程中熔化。在实际生产之前是不可能预测得到的材料的性质的。

回收塑料继承未知添加剂的趋势阻止了塑料成为一种“循环”材料,这种材料的原始构件(mers)可以尽可能长时间地回收再利用,或者“升级”以生产一种新的、更高质量的产品。

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。

克里斯坦森是由布雷特·赫尔姆斯(Brett Helms)领导的多学科团队的一员。布莱特·赫尔姆斯是伯克利实验室分子铸造厂的一名专职科学家。

克里斯坦森补充说:“循环塑料和塑料升级换代是巨大的挑战。“我们已经看到了塑料垃圾泄漏到我们的水生生态系统的影响,而这一趋势很可能会因为塑料制造数量的增加和下游对我们的市政回收基础设施造成的压力而加剧。”

赫尔姆斯解释说:“使用PDKs,传统塑料的不可变键被可逆键取代,从而使塑料更有效地回收利用。”

制造PDK的单体可以从任何添加剂中分离出来,只需将塑料浸泡在高酸性溶液中即可。酸破坏了单体和添加剂之间的键。这一特性最初是在克里斯滕森将各种酸应用于制造PDK粘合剂的玻璃器皿时发现的,他注意到粘合剂发生了变化。克里斯坦森用核磁共振波谱仪进一步分析了塑料,发现了原来的单体。

随后在分子铸造厂的研究表明,这种酸能将PDK聚合物分解成单体,同时也能将它们从添加分子中分离出来。研究小组还发现,回收的PDK单体可以重新铸造成聚合物,而回收的聚合物不会继承原材料的任何特征。塑料也可以通过使用添加剂(如增塑剂)进行升级循环。研究人员认为,他们的新塑料可以很好地替代目前使用的许多不可回收塑料。

赫尔姆斯说:“我们正处于一个关键时刻,我们需要考虑为未来的垃圾分类和处理使回收设施现代化所需的基础设施。”“如果这些设施的目的是回收或升级PDK和相关塑料,那么我们就能更有效地将塑料从垃圾填埋场和海洋中转移出去。”

赫尔姆斯说:“这是一个令人兴奋的时刻,我们应该开始思考如何设计材料和回收设施,使循环塑料成为可能。”

研究人员下一步计划开发PDK塑料,该塑料具有广泛的热和机械性能,可用于纺织品、3D打印和泡沫塑料。他们还希望在PDK塑料中加入更多的植物化合物和其他可持续材料

“通过动态共价二酮烯胺键实现塑料闭环回收”的论文发表在《自然化学》杂志上。

资料来源:科技深度君

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