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技术论文塑料
科学家开发下一代可回收塑料

科学家开发下一代可回收塑料

塑料含有各种添加剂,如填料,阻燃剂或颜料。因此,很少有塑料可以在表现或美学中没有损失再循环。A team of researchers at the U.S. Department of Energy’s (DOE) Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) has designed a recyclable plastic that, like a Lego playset, can be disassembled into its constituent parts at the molecular level, and then reassembled into a different shape, texture, and color again and again without loss of performance or quality. The new material, called poly(diketoenamine), or PDK, was reported in the journal Nature Chemistry

伯克利实验室的分子铸造博士研究员彼得克里斯滕斯表示,“我们已经发现了一种从分子视角来考虑塑料的新方法。”

Christensen是由Brett Helms,伯克利实验室分子铸造厂的一名员工科学家Brett Helms领导的多学科团队的一部分。
从水瓶到汽车零部件的所有塑料由称为聚合物的大分子组成,这些聚合物由较短的含碳化合物的重复单元组成,称为单体。

根据研究人员,许多塑料的问题是加入的化学物质使它们有用 - 例如制备塑料坚韧的填料,或制造塑料柔性的增塑剂 - 甚至后仍然保持在塑料中并保持在塑料中it’s been processed at a recycling plant.
在用不同的化学成分中回收混合塑料期间,难以预测它将继承自原始塑料的特性。

与常规塑料不同,可以通过在高度酸性溶液中扣除材料,从任何混合的添加剂中回收并释放PDK塑料的单体。(信用:Peter Christensen等人./Berkeley Lab)

这种未知的遗传和因素不可预测的属性是回收混合塑料消费废物的挑战。这很难升起,制作一个新的更高质量的产品。

一次回收塑料一单体


这次延迟视频显示了酸中的一块PDK塑料,因为它降低到其分子构建块 - 单体。酸有助于破坏单体之间的键,并将它们与化学添加剂分开,使其塑料它的外观和感觉。(信誉:Peter Christensen / Berkeley Lab)

研究人员希望通过激发塑料的回收和再利用,从垃圾填埋场和海洋中转移塑料,这可以通过由PDK形成的聚合物来实现这一点。“通过PDK,常规塑料的不变键被替换为可逆键,使塑料更有效地再循环,”Helms表示。

与常规塑料不同,可以通过在高度酸性溶液中扣除材料,从任何混合的添加剂中回收并释放PDK塑料的单体。酸有助于破坏单体之间的键,并将它们与化学添加剂分开,使其塑料它的外观和感觉。

“我们对将塑料生命周期的化学从线性重定向到圆形的化学物质感兴趣,”Helms说。“我们看到有机会对没有回收选择的地方进行影响。”包括粘合剂,手机箱,手表带,鞋,计算机电缆和通过模塑热塑料材料而产生的硬热固性器。

研究人员首先发现了基于PDK的塑料的令人兴奋的圆形特性,当克里斯滕斯将各种酸应用于用于制造PDK粘合剂的玻璃器皿,并注意到粘合剂的成分已经改变。奇怪的是如何转化粘合剂,基督徒用NMR(核磁共振)光谱仪器分析样品的分子结构。“为了我们的意外,他们是原始的单体,”赫尔姆斯说。

在分子铸造厂测试各种制剂之后,它们证明酸性不仅使PDK聚合物抑制成单体,而且该方法还允许单体与缠绕的添加剂分离。

接下来,他们证明了恢复此后单体可以重塑成聚合物,这些回收聚合物可以形成新型塑料材料没有继承原始材料的颜色或其他特性——这破碎的黑色表带你扔在垃圾桶里找到新生活作为一个电脑键盘此后如果是用塑料。他们还可以通过增加额外的功能,如灵活性,对塑料进行升级循环。

朝着圆形塑料未来移动

PDK塑料是一种“圆形”材料,其原始单体可以尽可能长时间地重复使用,或“升高”以制造新的更高质量的产品。(信用:Peter Christensen等人./Berkeley Lab)

研究人员认为,他们的新可回收塑料可能是今天使用许多不可用的塑料的替代品。

“我们正处于一个关键点,我们需要考虑现代化循环设施为未来废物分类和加工所需的基础设施,”赫尔姆斯说。“如果这些设施旨在回收或Upcycle和相关塑料,那么我们将能够更有效地从垃圾填埋场和海洋中转移塑料。这是开始思考如何设计材料和回收设施来实现圆形塑料的令人兴奋的时机,“掌舵。

研究人员下次计划开发PDK塑料,具有广泛的热和机械性能,可作为纺织品,3D印刷和泡沫等多样化。此外,他们希望通过纳入植物的材料和其他可持续来源来扩展配方。


来源:劳伦斯伯克利实验室

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