《自然》重磅!可降解回收的熱固性塑料成為現實 可應用於更廣泛的...

2020-12-14 前瞻網

《自然》重磅！可降解回收的熱固性塑料成為現實 可應用於更廣泛的聚合材料中

 Evelyn Zhang • 2020-07-23 19:53:59　來源：前瞻網　E3022G0

都在用的報告小程序

寫文章、做研究、查資料【必備】

熱固性塑料擁有高強度、耐用等特點，目前廣泛應用在汽車車身/輪胎、加熱電器等部件製造中，在現代塑料和橡膠工業中起著關鍵作用。它約佔當今生產的聚合材料的20％，全球年產量約為6500萬噸。

不過，這種材料有一個明顯的一個缺點：它們在冷卻、使用後通常不容易回收或分解，因為將它們結合在一起的化學鍵比其他材料（如熱塑性塑料）中的化學鍵更為牢固。

麻省理工學院的化學家現在已經開發出一種使用化學連接劑改性熱固性塑料的方法，該方法可使材料更容易分解，但仍能保持其機械強度，因此非常有用。

當地時間7月22日最新發表在《自然》雜誌上的一項研究中，研究人員表明，他們可以生產可降解版本的熱固性塑料，稱為熱固性聚雙環戊二烯（pDCPD）——將其分解為粉末，然後使用該粉末製造更多的pDCPD。相關研究成果以「Cleavable comonomers enable degradable, recyclable thermoset plastics」為題發表。

他們還提出了一個理論模型，表明他們的方法可以適用於各種塑料和其他聚合物，例如橡膠。

麻省理工學院化學教授，該研究的資深作者耶利米·詹森（Jeremiah Johnson）表示：「這項工作揭示了一種基本的設計原理，我們認為這種基本的設計原理對於任何一種熱固性塑料都是通用的。」

這種方法主要是通過摻入含有甲矽烷基醚基團的結構單元或單體來創建可降解聚合物。該單體無規分布在整個材料中，當材料暴露於酸、鹼或離子（如氟化物）時，甲矽烷基醚鍵斷裂。

圖：材料設計原理

用於合成這些聚合物的相同類型的化學反應也用於製造某些熱固性塑料，包括聚二環戊二烯（pDCPD），用於卡車和公共汽車的車身面板。

他們發現，如果甲矽烷基醚單體佔整體材料的7.5％-10％，pDCPD將保持其機械強度，但在暴露於氟離子時會分解成可溶性粉末。

在研究的第二階段，研究人員試圖將所得粉末再利用以形成新的pDCPD材料。將粉末溶解在用於製備pDCPD的前體溶液中後，他們能夠從回收的粉末中製備新的pDCPD熱固性塑料。結果發現，與原始材料相比，新材料幾乎沒有區別，並且在某種程度上改善了機械性能。

圖：在pDCPD熱固性材料鏈中精確放置少量可降解鍵可降解為可溶產物

圖：摻雜甲矽烷基醚基iPrSi的pDCPD降解產物表徵和及其回收再利用

這些發現表明，可裂解鍵位置的優化可以用作實現受控的熱固性降解的設計原理。

研究人員認為，這種通用方法也可以應用於其他類型的熱固性化學。在這項研究中，他們表明，使用可降解的單體形成聚合物的單鏈比使用可降解的鍵將鏈「交聯」在一起要有效得多。他們認為，這種可裂解鏈的方法，可用於產生許多其他種類的可降解材料。

伊利諾伊大學化學教授傑弗裡·摩爾（Jeffrey Moore）說：「這是工程熱固性塑料領域令人激動的進步。」 「化學家們花費了他們的大部分精力來學習合成更好的塑料，而對聚合物解構科學的化學研究投入卻少得多。」

Jeremiah Johnson表示，如果能為其他類型的聚合反應找到合適種類的可降解單體，那麼這種方法可用於製造其他熱固性材料的可降解形式，例如丙烯酸、環氧樹脂、矽酮或硫化橡膠。

研究人員現在希望組建一家公司來許可該技術並將其商業化。麻省理工學院還授予Millipore Sigma非排他性許可，以生產和銷售用於研究目的的甲矽烷基醚單體。

該研究由美國國家科學基金會和美國國立衛生研究院資助。

參考來源：http://news.mit.edu/2020/tough-thermoset-plastics-recyclable-0722

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2495-2

本文來源前瞻網，轉載請註明來源。本文內容僅代表作者個人觀點，本站只提供參考並不構成任何投資及應用建議。（若存在內容、版權或其它問題，請聯繫：service@qianzhan.com）　品牌合作與廣告投放請聯繫：0755-33015062 或 hezuo@qianzhan.com

相關焦點

  • 今日《Nature》重磅:熱固性塑料迎來可降解、可回收再加工時代!
    熱固性聚合物約佔全球塑料生產量的18％，全球年產量為6500萬噸，在現代塑料和橡膠工業中發揮著至關重要的作用。熱固性聚合物的高交聯密度既賦予了它們高耐熱性、高機械強度和耐化學腐蝕性等優異性質，同時又使其「幾乎喪失了」降解和回收利用的可能。
  • 化學家讓堅韌的塑料變得可回收
    熱固性材料包括環氧樹脂、聚氨酯和用於輪胎的橡膠，在許多耐用和耐熱的產品中都能找到，如汽車或電器。這些材料的一個缺點是，它們在使用後通常不容易被回收或分解，因為將它們固定在一起的化學鍵比其他材料（如熱塑性塑料）更強。
  • 【行業動態】堅韌的塑料可回收
    這些材料的一個缺點是它們在使用後通常不容易回收或分解，因為將它們結合在一起的化學鍵比在其他材料(如熱塑性塑料)中更牢固。化學家現在已經開發出一種使用化學連接劑改性熱固性塑料的方法，該方法可使材料更容易分解，但仍能保持其機械強度，因此非常有用。
  • MIT研發新方法 讓用於汽車等產品的熱固性塑料易被分解回收
    蓋世汽車訊 熱固性材料包含環氧樹脂、聚氨酯以及用於輪胎的橡膠，在汽車和電器等很多需要耐用性和耐熱性能的產品中都有。不過，此種材料有一個缺點，在使用之後，不易被回收或分解，因為將它們連接在一起的化學鍵比其他材料（如熱塑性塑料）更強。
  • 可降解塑料用於建材包裝的可能性
    3、可降解塑料應用於建材包裝可降解塑料是一類新型的環保材料，它在使用前或在使用過程中，與同類普通塑料具有相當或者相近的應用性能和衛生性能，而在完成其使用功能後，能在自然環境條件下較快地降解成為易於被環境消納的碎片或碎末，並隨時間的推移進一步降解成為對環境徹底無害的物質，最終回歸自然。
  • 誰來關注可降解塑料廢棄物回收與環保處置
    有研究機構和環保志願者做過真實環境中的實驗：2014年中南林業科技大學模擬自然土壤，12個月PLA塑料試驗，其質量在12個月之後只是損失0.23%；2017年德國邁洛伊特大學400天的試驗，擺在海水和淡水裡面，最後PLA只有約0.5%質量損失；這就是很多可降解塑料所面臨的一個現狀，就是理論上的降解條件，在現實中並不允許。
  • 可降解塑料風口再起 可降解塑料產業鏈全景圖及投資機會深度剖析
    可降解塑料上遊原材料主要包括PLA（聚乳酸）、PHA（聚羥基烷酸酯）、PGA、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、PBAT（聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯）、PCL（聚己內酯）等。可降解塑料中遊產品主要包括餐具、薄膜、膜紙、快遞袋、服裝、塑料膠帶、3D列印材料等。可降解塑料下遊主要應用於包裝、農業、3D列印、現代醫藥、紡織業等。
  • 生物可降解膜用材料-可降解塑料
    隨著越來越多國家對於塑料汙染問題的重視，全球禁塑熱潮持續升溫。2020年1月，我國發布「禁塑令」，有序禁止、限制部分塑料製品的生產、銷售和使用，積極推廣替代產品。從12月1日開始，海南省在全國率先禁止銷售和使用10個類型的塑料膜袋、餐具等一次性塑料製品。
  • 關於生物可降解塑料的誤解,你中了幾個?
    圖| 慧聰塑料01誤解一：生物可降解塑料可以在土壤、空氣中降解消失生物可降解塑料需要在特定的溫度、溼度和微生物共同作用的條件下才可以達到完全降解，生成對環境無害的的二氧化碳和水等物質。如果沒有進行分類回收處理，生物可降解塑料隨意進入環境中會產生環境危害，和普通的一次性塑料帶來的危害並無太大差異。
  • 塑料汙染嚴重,開發可降解塑料不就行了?NO,來不及降解…
    這使得製造商們加快了生產可生物降解塑料的步伐。缺乏切實可行的降解途徑是困擾生物降解塑料的一個關鍵問題。 大多數可堆肥塑料不屬於可回收利用的家庭生活垃圾，也難以在家庭堆肥箱中自行分解。這意味著消費者通常沒有自己處理這類垃圾的能力，必須把它們送交各類工業設施。
  • 可降解塑料有哪些?
    不同於其他垃圾，環境中的分解者微生物不能消化降解塑料中連接單體的化學鍵，因此無法將其重新分解為單體形式。換句話說，塑料一旦合成，就再無「回頭路」。應對「白色汙染」，除了要樹立環境意識，減少使用一次性塑料製品，另一個重要的方法就是用可降解塑料代替普通塑料。
  • 「限塑令」升級,可降解塑料能成為最終的解決之道嗎?
    此前2018年IHS的一項統計也顯示，全球塑料有40%應用在包裝領域，而塑料汙染中又有59%都源於包裝領域。塑料包裝因其一次性、難回收、性能低、雜質多的特點而成為白色汙染問題的重中之重，同時，也是消費者排斥和抵制的原因所在。
  • 《生物可降解塑料的10個Q&A》全文part 2
    生物可降解塑料對普通塑料的回收有什麼影響？為使生物可降解塑料得到妥善處置，目前我國的垃圾分類管理系統還需補足哪些短板？一項關於年輕人亂扔垃圾行為的研究證明，生物可降解塑料是個人處理垃圾不當的原因之一。[14]生物可降解塑料和其他可回收物一樣，在使用後是需要被分類回收的。生物可降解塑料認知調查顯示，多數調查對象支持各地應在具備相應的回收處置能力之後，再推廣使用這種材料。①因為有較高溫等可控條件，工業堆肥比家庭堆肥更有利於實現降解。
  • 可降解塑料利好頻出 道恩股份迎發展新機遇
    11月30日，商務部發布《商務領域一次性塑料製品使用、回收報告辦法(試行)》，鼓勵環保替代產品供應商依據本辦法規定報告可降解塑料原料、可降解塑料製品以及其他環保替代產品的生產和銷售情況。
  • 塑膠袋是什麼垃圾 為什麼廢塑料可回收而塑膠袋卻不回收
    為什麼廢塑料可以回收而塑膠袋卻不能回收我們知道，可回收垃圾主要是：廢棄塑料、玻璃、金屬、紙張、布料。那麼為什麼塑膠袋卻不是放在可回收垃圾裡的。塑膠袋理論上本身是可以回收再利用的，許多超市的購物袋上都印有可回收利用的標誌！而不回收，回收利用困難主要考慮經濟效益等因素。塑料按其加工性能的不同可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。
  • 可降解塑料的競爭力分析
    隨著限塑政策的不斷加碼，塑料行業將面臨一次蛻變，可降解塑料將陸續替代傳統塑料，有消息稱，未來5年，在禁塑令的推動下，我國可降解塑料的需求將大幅增加，到2025年我國可降解塑料的需求有望達到130萬噸。那麼綠色環保的可降解塑料在行業發展中將會遇到哪些問題？　　下面我們用SWOT分析法來簡單分析一下可降解塑料在行業發展中的競爭力。
  • 可降解塑料產業鏈深度剖析,一文搞懂它的上、中、下遊!
    可降解塑料中遊產品主要包括餐具、薄膜、膜紙、快遞袋、服裝、塑料膠帶、3D列印材料等。 可降解塑料下遊主要應用於包裝、農業、3D列印、現代醫藥、紡織業等。
  • 可降解塑料概念板塊有望走出反彈行情
    11月27日，西安舉行塑料汙染治理啟動儀式。根據新印發的《西安市進一步加強塑料汙染治理實施方案》，到2020年底，西安市建成區的商場、超市以及餐飲行業等，禁止使用不可降解塑膠袋。受利好因素驅動，可降解塑料概念板塊有望走出反彈行情。
  • 熱固性塑料都可作為導熱工程塑料
    打開APP 熱固性塑料都可作為導熱工程塑料 發表於 2020-03-05 16:41:12 導熱工程塑料在LED市場應用：導熱塑料LED外殼LED燈罩LED光線很刺眼，但是光能很強，採用光擴散材料，可使光線更柔和、更均勻的向空間發散（點光源變面光源），而不會產生刺眼的狀況。
  • 環保前沿|「可降解塑料」真的環保嗎?深度剖析
    首先是新修訂《固廢法》中要求：依法禁止、限制生產、銷售和使用不可降解塑膠袋等一次性塑料製品；鼓勵和引導減少使用、積極回收塑膠袋等一次性塑料製品，推廣應用可循環、易回收、可降解的替代產品。以生活中最常見的可生物降解塑料PLA為例，其原料單價在2.5萬~3萬元/噸，而聚乙烯一噸的原料價格普遍在萬元以下。兩種不同材質的成品價格，更能夠說明問題。高企的成本，限制了可降解塑料的推廣。而更嚴重的情況是，很多打著「可降解」概念的塑料產品，卻走到了環保的對立面。