Mechanochemistry:一条新的可持续聚合回收路线

塑料和橡胶是先进社会最重要的部分材料,每年生产数亿吨设计高效成本效益回收方法已成为关键环境类问题解答可变造基于塑料的材料可产生,但由于环境压力下易变性,实际使用有限师傅王军浦和他的团队在美国Akron大学开发新策略 允许控制稳定聚合物.它们的机械化方法将聚合物锁入稳定不可脱聚合状态,并解锁供报废回收使用

塑料是最常用人造材料类别之一,在从打包到管道管道管道、汽车、玩具和家具等多种行业中发现各种应用现代塑料通常通过相对廉价流程合成,流程从化石燃料基化工开始,如石油天然气形成稳定、轻量级、耐用和柔性素材,可成形成几乎形形大小固件

可塑性污染

自20世纪第二个十年综合第一个例子Bakelite以来,全球塑料材料生产持续快速增长2018年生产约3.59亿吨塑料,比1950年总产量多约二阶级这使得人们日益关注塑料对环境的影响。每年都生产的塑料大分量事实上不复用,其极慢分解率引起广泛的污染,特别是在主要水体中。

聚合器

塑料材料有聚合结构:由长链重复子单元组成,称为单片机,每个子单元由相对小数原子组成大型分子链可彼此相邻排列或组成化学绑定网络宏分子链是线性聚合物或热塑性包括聚乙烯和聚丙烯等材料,单方占世界热塑性生产量的60%以上,并伴有聚苯乙烯和聚乙二甲酸酯化学交叉聚合物或热合物包括环氧树脂和聚氨酯聚合物链中存在化学联结,因此这些材料比热塑性物表现出更高的稳定性,更难降解和回收使用。数种自然聚合物也已知,包括天然橡胶、羊毛、丝绸和纤维素等木纸主构件

每年都生产的塑料大分量不复用,其极慢分解率引起大面积污染

回收塑料

材料回收策略回收用塑料自1930年代以来一直使用都利用机械或化学回收技术机械回收概念简单化,但其应用受成本和回收过程结束时获取的材料质量不可避免的退化限制。对比之下,化学回收试图分解聚合链并进组成单片机中,这些单片机可用作新链合成的起始化工这种方法基于化学去聚合化,使得有可能产生新塑料而不需要额外的化学原料正因如此,它提供了一条通向闭环塑料经济的有希望之路,不依赖化石燃料或石油。

机械化退化

机械降解过程尽管效率不高,但通过机械破解聚合物内某些化学链路可实现局部脱聚合然而,对大多数塑料材料而言,这些过程无法产生原型单片机,而合成新塑料则需要这些单片机为使聚合物机械转换成单体,必须进行化学修改以提高聚合物对机械退化的敏感度实现这一点的方法是将特定化学模类,即机械化物,整合到聚合物结构中机手增强物料对外部应用力的响应 触发化学链条分解方法由Junpeng Wang教授和他在美国Akron大学的团队调查

脱聚合技术

机化回收法解释Wang,“化学回收法独有类型,它利用机械力的化学响应恢复极值单片机 。 ”Mechno化降解对散装聚合物和聚合物求解都可实现对散装材料而言,机械力可用各种技术应用,包括扩展、压缩、膨胀和球磨聚合物求解最常用方法超声波解析 将聚合物求解法暴露为超声波频率超声波作用生成聚合链力聚积段接近微泡速度快于远离它们者,链段的不同区域经历不同力最终通向链破解 通常是中链 最强

控制聚合物稳定性

聚合物化学变换可提高变换性,但也可能对生产、存储和使用期间的稳定性产生消极影响。提出了各种技术解决这种减少对环境作用的抗药性,但这些方法通常缺乏泛泛性,并大大增加聚合物生产成本。Wang及其合作者率先使用新颖方法,即聚合物在存储和使用期间可变性“锁住”和聚合物需要分解成单片时“锁住”

机械化回收是一种独特的化学回收类型,它利用机械力的化学反应回收宝贵的单片机

锁定可降解性

在王方法中,锁通过聚合结构内引入可起锁作用的具体化学集团实现锁模保持聚合物完整,即使很容易破解化学链因环境效应而破解时也是如此,例如聚合物周围溶剂酸性变化,在正常条件下可触发其退化这使得材料几乎不敏感环境变化并非常稳定反之,当聚合物需要降解时,可按需向无锁状态过渡,通过超声波聚合物解析或研磨聚合物固态,可诱导机械化解锁后很容易发生降解,因为聚合链中裂分联系现在可以因聚合物环境化学变化而发生

机械化合成

聚合物稳定性与被称为“峰值温度”属性相关联,该属性定义为聚合温度,即单体组成聚合链和逆反应平衡高顶温聚合物显示增强稳定性,而低顶温聚合物可元化并易降解在最近的工作中,王展示了机械学和化学锁合概念可如何一起实现可变聚合物编译工作,否则这些聚合物使用标准合成路径将太难合成

机械力触发化学

机械化激活可如王研究所示转换高顶温度聚合物为易变低顶温在其作品中,他通过转换不饱和聚醚先质,在单体中含有环乙烷四氢呋喃群集,得以产生多元(2,5-二氢呋喃)(PDHF),多元聚合物很容易分解但难以合成表示聚合物锁定状态的先质温度高且极稳定使用聚合物解析或批量聚合物研磨法解锁PDHF状态很容易访问后可以很容易完全分解成单体(2,5-二氢furan)

这项工作所得结果还显示,机械化方法可用于调节和微调各种可回收聚合物最高温Wang说 : 高科技电源-启动化学并强聚合物-访问隐形结构。 机化方法创建新易分解聚合物的能力可能为下一代聚合物创建以可持续和环保方式生产新合成合成合成塑料和橡胶提供关键进步