隨著橡膠和塑料垃圾與日俱增，科學(xué)家們越來越迫切地希望通過閉環(huán)回收來減少資源浪費(fèi)?！蹲匀?middot;化學(xué)》雜志當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月25日發(fā)文稱，美國普林斯頓大學(xué)的研究人員利用制造輪胎和鞋子等普通商品的傳統(tǒng)材料，發(fā)現(xiàn)了一種新的聚丁二烯分子，這種分子或可推動(dòng)上述回收過程。
來自普林斯頓大學(xué)Paul J. Chirk實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種名為（1,n’-二乙烯基）低聚環(huán)丁烷的分子以重復(fù)的正方形序列鏈接，而這種此前從未實(shí)現(xiàn)的微結(jié)構(gòu)使其得以在特定條件下發(fā)生解聚，變回原始單體，重復(fù)使用。
這次研究為解聚這一“不實(shí)用”化學(xué)轉(zhuǎn)化過程提供了概念性先例。
過去，解聚過程不僅成本高、步驟復(fù)雜，還只能通過特殊的聚合物完成。如新研究一般，通過丁二烯這種常見的原材料完成解聚前所未有。丁二烯是化石燃料開發(fā)的主要副產(chǎn)品，儲(chǔ)量豐富，常用于制造合成材料和塑料制品。
論文作者、埃克森美孚化學(xué)公司化學(xué)家Alex E. Carpenter說：“用一種已經(jīng)被研究了幾十年的普通化學(xué)物質(zhì)制造出全新材料，這不僅是出人意料的收獲，還是巨大的進(jìn)步。Chirik發(fā)現(xiàn)的新分子具有革命性價(jià)值。人類擅長生產(chǎn)丁二烯。找到新分子的其他用途，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。”
在鐵催化劑的作用下，丁二烯單體以正方形鏈接生成低聚環(huán)丁烷。隨后，在鐵催化劑作用的真空條件下，低聚環(huán)丁烷又逆轉(zhuǎn)為單體。
博士后研究員Megan Mohadjer Beromi等完成了材料的表征工作。他們認(rèn)為，新分子是遙爪聚合物，其兩個(gè)端基都能夠功能化。這一特性使其成為一種良好的構(gòu)筑塊，能作為聚合鏈段中其它分子之間的橋梁。
新分子也有良好的熱穩(wěn)定性，在250攝氏度左右高溫下，它也不會(huì)迅速分解。
此外，即使在1000g/mol的低分子量下，新分子也表現(xiàn)出了很高的結(jié)晶度。這意味著工程師們可以在更低的質(zhì)量下，制造出高強(qiáng)度材料。
Chirik說：“用這種單體，我們能夠制造出真正堅(jiān)實(shí)耐用的材料。人們的慣性思維是，化學(xué)可回收的聚合物必然是脆弱、不耐用的。我們的工作有力地回?fù)袅诉@個(gè)觀點(diǎn)。”
在化學(xué)工業(yè)中，化學(xué)家們希望用少量構(gòu)筑塊制造出大多數(shù)商品。乙烯、丙烯和丁二烯是三種典型的構(gòu)筑塊。為滿足最終產(chǎn)品（塑料、橡膠）的性能需求，構(gòu)筑塊往往需要相互混合，并加入多種添加劑。但在回收時(shí)，這些原料又必須重新分離，而分離所需的能量輸入很高。
幸運(yùn)的是，新研究表明，丁二烯聚合物的能量與單體大致相等，這為低能耗逆轉(zhuǎn)反應(yīng)方向創(chuàng)造了可能性，也使其成為閉環(huán)化學(xué)循環(huán)過程的理想候選分子。
研究人員對(duì)新分子的應(yīng)用前景感到興奮，并計(jì)劃對(duì)這種可持續(xù)、可化學(xué)回收的材料進(jìn)行更深入的研究。
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