亚洲城:塑料回收最新Nature大子刊!
来源:亚洲城 发布时间:2025-12-30 17:56:25
消费后塑料,尤其是不可相容的混合塑料,其机械回收通常为降级回收过程,最终得到的是脆性材料。
。该拓扑型UDC平台基于易于获取的二唑丙二酸酯卡宾前体,通过动态硅氧烷连接体连接而成。该平台能够从混合塑料中就地生成星形多嵌段共聚物相容性结构,无论聚合物类型如何,且该平台与反应性挤出再加工兼容。
/极性塑料机械升级回收后,在类热固性材料和类热塑性材料之间实现广泛的性能可调性。这项工作为提高塑料的循环利用率提供了一种可行的方法。
Topological universal dynamic compatibilization enhances recycling of mixed
,现就职于美国科罗拉多州立大学,在高分子化学、可再次生产的能源化学、金属有机化学以及金属和有机催化等领域十分活跃。
他本科毕业于上饶师范学院,在南开大学获得硕士学位,并于马萨诸塞大学阿默斯特分校获得博士学位。
随后,他于美国西北大学开展博士后研究工作。结束博士后研究工作后进入陶氏公司担任化学高级研究员以及项目负责人的职位。目前是美国科罗拉多州立大学的全职教授,并兼职该大学工程院的教授,于2012年任可再次生产的能源中心的主任。于
他在高分子化学以及金属有机化学等领域作出了相当多优秀的工作,他的研究推动了高分子聚合物的可回收利用,使人们在可再次生产的能源领域的探索迈进了一大步。近5年,Eugene Y.-X. Chen教授团队在《Nature》《Science》连发
研究者指出,材料宏观性能与交联密度及交联点拓扑结构紧密关联(图1b)。增加交联密度可获得更好的耐热性和抗蠕变能力,但可能损失延展性;反之,优化交联则可保留塑性。为此,团队设想通过改变UDC的功能度(臂的数量)和拓扑结构来精细调控这一平衡。
与之前工作中使用的三氟甲基芳基二氮杂环丙烯(TAD)卡宾前体相比,本研究选用的重氮丙二酸
≈ 180°C)(图1d),这与常见聚烯烃的熔融加工温度匹配;其生成的卡宾为高反应活性的单线态,能
)的拓扑UDC(图1c)。这些化合物合成路径方便快捷,且热稳定性测试表明其适合安全的工业加工
、PS、PMMA、PBAT、PVL)的交联效果。凝胶分数测试揭示了“极性匹配”的重要性:对于非极性聚烯烃,线
交联为热塑性塑料带来了革命性的性能改良。以生物可降解聚酯PBAT为例,原始材料在200°C、500 Pa应力下180秒内蠕变变形超过100%,而经UDC
交联后,变形率骤降至仅0.4%,抗蠕变能力提升超过两个数量级(图2a)。流变分析显示,交联后的PBAT在熔点之上仍能保持橡胶态平台模量,而未交联样品则迅速软化(图2b)。尤为引人注目的是,适度的交联(如添加2.5
)在提升PBAT拉伸强度的同时,竟将其断裂伸长率从约240%大幅度的提高至850%(图2d),实现了“既强又韧”的罕见组合。研究者认为,这源于交联形成的网络有效增加了聚合物的缠结分子量,从而增强了应变硬化能力。
验证UDC对不相容混合物(特别是非极性/极性组合)的增容效果是研究的重点。团队选取了高刚度HDPE与高柔韧性PBAT的混合物(70/30)。结果显示,尽管线
未添加UDC的HDPE/PBAT共混物因严重相分离,在拉伸时几乎无塑性变形,断裂伸长率(ε)仅约6%。而仅添加1
,就使共混物的ε暴增至约589%,提升近100倍,并且同时具备了HDPE的刚度和PBAT的韧性(图3b)。在相同低添加量下,
扫描电镜(SEM)图像直观展示了增容效果:未增容的共混物呈现清晰的相分离形貌(图3d),而添加2
后,相界面变得模糊难辨,形成了均匀的微观结构(图3e)。更有说服力的是“种子”实验:将已用UDC处理过的共混物(富含原位生成的增容剂)作为“种子”加入原始聚合物中再次共混,所得材料依然表现出优异的延展性(ε ~400%),这直接证实了UDC生成了可充当独立增容剂的聚合物结构。
/PBAT)。根据结果得出,通过调整UDC类型和添加量,可以精准地平衡最终材料的性能(图4b, c)。例如,添加1
能在明显提升断裂伸长率(从~34%增至~220%)的同时,也提高屈服强度。研究还成功对模拟真实来源的消费后混合塑料废料(含未知添加剂)进行了增容,使其延展性提升了25倍以上(图5c),充分证明了该技术在复杂、真实废料流中的应用潜力。
本研究开发的拓扑UDC平台,巧妙地将高反应活性的通用卡宾化学与动态可逆的硅氧烷键结合,创造出一种强大的“通用增溶剂”。其创新性体现在:1.
这项工作为机械回收领域提供了一种极具前景的通用解决方案,有望将大量原本难以处理、只能填埋或焚烧的混合塑料废物,转化为具有高的附加价值的新材料,从而真正推动塑料闭环循环经济的实现。未来的研究可望在优化成本、探索更广泛的废塑料组合以及评估全生命周期环境效益等方面继续深化。
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