当前位置:首页 >期刊论文 >《最新论文》>正文

聚合物通过环路跳到可持续材料

 2019/5/18 12:22:56 《最新论文》 作者:伊利诺伊大学 我有话说(0人评论) 字体大小:+

塑料回收概念。

图片来源:©Andrey Popov / Adobe Stock

含有环状聚合物的可回收塑料可能是开发可持续合成材料的关键。研究人员表示,尽管取得了一些有希望的进展,但如何将环状聚合物加工成实用材料仍然是一个难以理解的问题。在一项新研究中,研究人员发现了一种称为“螺纹”的机制,这种机制在聚合物被拉伸时发生 - 这种行为以前没有见过。这种新见解可能会为可持续聚合物材料带来新的加工方法。

大多数消费塑料是线性聚合物的混合物。纯粹由环状聚合物制成的塑料概念 - 形成闭环的分子 - 为可持续发展提供了诱人的机会,如贝克曼高级科学与技术研究所的自主材料系统小组所示。一旦单环保持环聚合物一起破裂,整个分子就会分崩离析,导致需求崩解。然而,研究人员表示,将这些聚合物加工成实用材料仍然是一项挑战。

2013年由伊利诺伊大学主导的一项研究表明,环状聚合物可能会因热而破碎,但这需要付出代价 - 由此产生的塑料可能会变得不稳定并开始过早分解。

在这项新研究中,I。的研究人员Charles Schroeder和Yuecheng(Peter)Zhou研究了基于DNA的环状和线性聚合物溶液的流动动力学,以梳理出合成聚合物在加工过程中如何相互作用的线索。他们的研究结果发表在Nature Communications杂志上。

“我们对环状聚合物如何在绕其他相邻聚合物链导航时在流动中拉伸和移动缺乏基本的了解。这项工作使我们能够在分子水平上探索这些问题,”Beroman研究所化学和生物分子工程教授Schroeder说。并研究共同作者。

在施罗德的实验室中,研究人员对聚合物进行拉伸和挤压,使其流动并允许使用单分子荧光显微镜直接观察单个分子的行为。

“环状聚合物的形状存在波动,这取决于溶液中线性聚合物的浓度,”研究生,贝克曼研究所研究员,该研究的第一作者周说。“我们没有在环状或线性聚合物的纯溶液中看到这种行为,因此这告诉我们在混合溶液中发生了一些独特的事情。”

结合使用直接单分子观察和物理测量,研究小组得出结论,环状聚合物的形状发生变化是因为线性分子在受到应力时会穿过环状分子,导致环形在流体流动下波动。

“即使混合物中的线性聚合物浓度很低,我们也观察到了这种现象,”周说。“这表明只需要非常微小的污染水平就可以引发这种现象。”

研究人员表示,线性聚合物在应力过程中通过环状聚合物进行的穿透是之前已经理论化的,使用了物理性质的大规模研究,但现在已经在分子尺度上观察到了这一点。

施罗德说:“批量研究通常掩盖了规模较小的重要性。”

研究人员表示,这些观察结果如何转化为可持续消费塑料的进一步发展仍不明朗。然而,对混合聚合物溶液的基本分子性质的任何了解都是朝着正确方向迈出的一步。

“为了使纯环聚合物塑料成为现实,我们需要从根本上理解混合和纯溶液,”施罗德说。“一旦我们弄清楚它们是如何工作的,那么我们就可以继续合成它们,最终如何在可持续消费塑料中使用它们。”

前大学研究生萧凯文,圣地亚哥大学的Kathryn E. Regan和Rae M. Robertson-Anderson,德克萨斯理工大学的Dejie Kong和Gregory B. McKenna为本研究做出了贡献。 。

国家科学基金会支持这项研究。

(来源:伊利诺伊大学)