FAMU-FSU工程學(xué)院的研究人員在溫度對(duì)可持續(xù)聚合物的影響方面有了新的發(fā)現(xiàn)。他們的發(fā)現(xiàn)可能有助于該行業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境更好的塑料。
化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程系教授Rufina Alamo說：“由石油這種不可再生資源制成的塑料在被丟棄時(shí)，在我們的土地和水中停留的時(shí)間太長了。我們正在研究如何加熱和冷卻可持續(xù)性聚合物，以便生產(chǎn)出更‘環(huán)?！乃芰?。”
Alamo和張曉詩（音譯，賓夕法尼亞州立大學(xué)博士后研究員）最近在一系列論文中發(fā)表了這項(xiàng)研究成果，這些論文主要關(guān)注“綠色”聚合物的結(jié)晶。最新的論文作為封面文章出現(xiàn)在高分子科學(xué)權(quán)威雜志《Macromolecules》上。
Alamo說：“世界范圍內(nèi)有一種動(dòng)力來改變最大體積的塑料的制造方式。聚合物化學(xué)家和物理學(xué)家正在努力生產(chǎn)替代材料，以結(jié)束有問題的塑料廢料?！?/span>
確定正確的加工溫度是生產(chǎn)更好的材料的關(guān)鍵，這將有助于科學(xué)家用經(jīng)濟(jì)上可行的、可持續(xù)的聚合物取代廉價(jià)的石油聚合物。
“聚合物如何被熔化和冷卻以獲得所需的形狀非常重要，”阿拉莫表示，“我們正試圖了解結(jié)晶的復(fù)雜性，以進(jìn)一步了解轉(zhuǎn)化過程?！?/span>
該團(tuán)隊(duì)正在研究一種叫做“長間距聚縮醛”的聚合物，這種聚合物被用于塑料中。Alamo團(tuán)隊(duì)在德國康斯坦茨大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室合成了這種長間距聚縮醛，他們使用的是可持續(xù)生物質(zhì)。它們包含一個(gè)聚乙烯主鏈，與縮醛基以精確相等的距離連接。這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了聚乙烯的韌性和乙縮醛基團(tuán)的水解降解性。這種類型的聚合物強(qiáng)度高，但與傳統(tǒng)聚合物相比，遇水更容易破裂。
Alamo說：“我們發(fā)現(xiàn)這類聚合物在熔化后冷卻時(shí)會(huì)以一種不同尋常的方式結(jié)晶。”
在冷卻過程中，看起來像熔化塑料的卷曲面條線的分子會(huì)解體形成晶體，并對(duì)最終材料的韌性負(fù)責(zé)。Alamo的團(tuán)隊(duì)表明，聚合物結(jié)晶是由發(fā)生在晶體生長前沿的分子事件控制的。
研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)快速冷卻時(shí)，這些聚縮醛變得堅(jiān)韌并結(jié)晶，分子自組裝成一種稱為“I型”的晶體。當(dāng)慢慢冷卻時(shí)，這種物質(zhì)也是晶體狀的，但是形成的晶體是完全不同的，被稱為“II型”。在中等溫度下冷卻時(shí)，這種材料根本不凝固。研究人員稱，這種現(xiàn)象從未在其他結(jié)晶聚合物中觀察到。
Alamo說：“要形成晶體，首先需要克服能量障礙。在低溫下，晶體很容易形成。在高溫下，晶體更穩(wěn)定，在中等溫度下，晶體競爭形成，材料無法凝固。”
她說：“這是一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@是了解我們使用的塑料如何變成固體的重要關(guān)鍵。我們希望為行業(yè)提供最好的轉(zhuǎn)型過程。我們想要的是不會(huì)變形或難以固化的可持續(xù)塑料。”
這項(xiàng)研究可能為生產(chǎn)更經(jīng)濟(jì)、更可持續(xù)的塑料提供新的方法。
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