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解决白色污染问题的新方法:可用酸溶解的塑料

文章作者:admin 上传时间:2018-01-08

  解决白色污染问题的新方法:可用酸溶解的塑料

  和许多伟大的发明一样,塑料也是被人在“无意间”制造出来的。从用胶棉和樟脑造出来的赛璐珞问世起,塑料这种高分子合成树脂仅在一个世纪内就凭借优良的性能和相对低廉的价格,迅速渗透到了这个世界的每个角落。然而,塑料的诞生也带来了影响深远的环境问题——一些塑料需要极长的时间进行自然降解,这些人造物质也可能对其他生物的生命造成威胁。

塑料是海洋废弃物的重要组成部分,图为海鸟被海洋中的塑料垃圾困住无法进食。图片来源:sponsume.com

  相比于加热融化即能回收利用的热塑性塑料(Thermoplastic),热固性塑料(Thermosets)具有很强的耐热性,这就导致了用传统的加热方法难以对它们进行回收。热固性塑料的聚合碳链上通常有交叉或网状的化学键相互连接,结构非常稳固。这中结构使它们拥有优良的耐热性与韧性,因此被广泛应用在微电子、汽车以及航天工程领域。

热塑性塑料包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等;热固性塑料包括环氧树脂、酚醛树脂等。 上图左侧为PET制作的塑料瓶,右图为环氧树脂制作的玻璃钢。图片来源:worldpress.com、anblg.com

  人类造出了化学稳定性很好的热固性塑料,但是如何回收处理它们却成了难题——热固性塑料的敏感分解温度通常要比它的耐热温度高很多。因此,科学家们一直在寻找解决热固性塑料回收问题的方法。

  近日,IBM阿尔马登研究中心(IBM Almaden Research Center)的珍妮特·加西亚(Jeannette Garcia)和同事提出了新的思路:创造一种对酸碱度敏感的新型热固性塑料。这种塑料保持了优越的性能,并且能够在酸性条件下被分解为小分子单体,从而表现出可逆性。

  加西亚博士和他的团队合成的是一种含氮杂环聚合物塑料:

团队合成的在酸性条件下可降解的含氮杂环聚合物塑料。图中每一个红蓝相间的结构都是一个1,3,5-六氢化三嗪。图片来源:Timothy E. Long(2014)Science

  加西亚等人先使用具有2个氨基的可聚合单体与聚甲醛在约50 ℃条件下合成一种半缩醛胺的共价网络结构,然后继续加热到 200 ℃,半缩醛胺脱水形成了1,3,5-六氢化三嗪并形成交联点,形成塑料的高分子结构。含氮杂环三嗪就这样牵着彼此的手不放开,化学键良好的热稳定性让这种新型热固性塑料具有很好的耐热能力。实验分析表明,这种塑料的韧性要比传统的氮基聚合塑料更优秀。

  而真正让它突破传统的一点是这种新型热固性塑料的pH敏感可逆性:虽然它对温度不敏感,不过在pH值小于2时,只需经过简单的分解反应,几个小时后就能让高分子聚合物分解成水和二氨基二苯醚:

pH敏感塑料分解后产生4,4-二氨基二苯醚。它可以被用于聚酰亚胺和聚酯酰亚胺树脂的生产。图片来源:维基百科

  与传统的温控反应相比,这种由pH控制的反应的好处在于耗能少、反应易控制。这种反应不需要加热到很高的温度,也不需要很长的反应链。同时这种反应的产物也很环保——二氨基二苯醚可以作为合成塑料的原料再次被利用,而水就更不用说了。这样就保证了回收这种塑料不会带来任何已知的环境问题。

  在发明和技术进步的同时,我们也需要关注对环境的影响。加西亚和她的团队发明的这种对pH敏感的可逆塑料正是关注了这一点。如果这种塑料的合成纯度能够达到工业生产要求,那么对塑料产品对环境的影响就很可能会减少。同时,由于这种热固性塑料具有更高的韧性,其塑料制品的寿命可能也会被进一步提高,从而间接地减少了塑料垃圾。

  虽然目前这种新型塑料仍然面临一些问题,比如如何应对电子仪器中可能的酸性环境、暴露在室外时酸雨的影响等等,不过随着对这种塑料的性质的进一步研究,科学家们相信它终将得到广泛应用。

  信息来源:Science

  文章题图:thetechnologicalcitizen.com

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  网友评论:啥时候发明出价格可被接受还能吃的包装材料就好了。

  ###网友评论:以后硫酸的瓶盖都不能用塑料了诶。。。

  ###网友评论:引用@巨神泰坦搜寻者 的话:啥时候发明出价格可被接受还能吃的包装材料就好了。如果可以用来吃,难免需要在包装材料外面再加一层包装材料……

  ###网友评论:引用@素食者 的话:如果可以用来吃,难免需要在包装材料外面再加一层包装材料……无限循环包装好顶赞食物

  ###网友评论:放眼望去,周围都少不了塑料的身影。例如正在打字的键盘。。。

  ###网友评论:让我想到科学家在评估石墨烯对环境的影响了

  ###网友评论:换句话说,以后实验室不能用塑料瓶装酸了……

  ###网友评论:2、7楼太外行了。 现在的塑料不耐酸? 塑料品种千千万,性能各异,干嘛要把这种新型酸解的塑料应用到酸性条件下?

  ###网友评论:你们考虑过要用酸化尸者的感受吗!“你去超市买几个大塑料桶”“槽买不到就浴缸好了” pia叽楼被酸掉了“told u!” 第二次“终于找到塑料桶了” pia叽房子垮了

  ###网友评论:引用@Mr-Jiaze 的话:你们考虑过要用酸化尸者的感受吗!“你去超市买几个大塑料桶”“槽买不到就浴缸好了” pia叽楼被酸掉了“told u!” 第二次“终于找到塑料桶了” pia叽房子垮了《毒师》!!!

  ###网友评论:引用@疾凶收 的话:《毒师》!!!正解23333

  ###网友评论:如果找到一种酸性加高温触发分解的塑料,或许是个解决方法

  ###网友评论:这个,这个,热固型塑料本来就要求耐化学腐蚀性,对酸敏感算什么啊,你还不如去培养特殊细菌来解决这个问题

  ###网友评论:几年前就有了吧,有个公司从橙子还是橘子里面提取了个啥,只是费用问题,当时就已经在现实使用了。有个转满溶解液体的小卡车在城市里转悠,有泡沫的就扔进去,开着开着就化了。

  ###网友评论:红色的那个化学式是代表水么…… 不是甲醛么…… 有个羰基耶……

  ###网友评论:引用@巨神泰坦搜寻者 的话:啥时候发明出价格可被接受还能吃的包装材料就好了。去年还是前年中农不是一女博士搞过一个,还上电视了