新分子鋪就可再生塑料“變革”之路 在可持續(xù)化學(xué)方面邁出一大步

隨著地球上橡膠和塑料垃圾負(fù)擔(dān)持續(xù)增加，科學(xué)家們期待能以閉環(huán)回收的方式減少垃圾數(shù)量。據(jù)最新一期《自然·化學(xué)》雜志報(bào)道，美國研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可能改變游戲規(guī)則的新分子——低聚環(huán)丁烷，對實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)具有廣泛意義。

普林斯頓大學(xué)化學(xué)系研究人員表示，該分子以一種極不尋常的方式連接成正方形的重復(fù)序列，并能在一定條件下逆轉(zhuǎn)，即可將分子“壓縮”變成用于制造塑料的新聚合物，然后將其“解壓”(解聚)變回原始單體，以備重復(fù)使用。

過去，需要昂貴的專用聚合物和多道工序才能將類似材料恢復(fù)為原始狀態(tài)，從來沒有使用丁二烯這樣普通的原材料。該新分子是聚丁二烯的一種形式，聚丁二烯已有一百多年的歷史，廣泛用于制造輪胎和鞋底等橡膠和塑料制品。其母體丁二烯是一種豐富的有機(jī)化合物，是化石燃料開發(fā)的主要副產(chǎn)品。

研究人員表示，采用人們已經(jīng)研究和聚合了數(shù)十年的一種真正通用的化學(xué)物質(zhì)，從中制造出一種全新的材料，而且該材料還擁有有趣的特性，是在可持續(xù)化學(xué)方面邁出的一大步。

研究人員用鐵作為合成新分子的催化劑，可將丁二烯單體“點(diǎn)擊”在一起，從而形成低聚環(huán)丁烷。鐵“誘使”單體相互叩擊，以形成正方形聚合物。通常，單體通過S形結(jié)構(gòu)的簡單重復(fù)連接形成聚合物。但是在本研究中，這些單體會以正方形鏈的形式串在一起。

為了將其解壓，在鐵催化劑的條件下將分子暴露于真空中，將逆轉(zhuǎn)“壓縮”過程并回收原始材料，這使其成為閉合化學(xué)循環(huán)的一個(gè)罕見例子。

該材料還具有令人著迷的特性。例如，它可以遠(yuǎn)距離操縱，這意味著該鏈的兩端均已功能化。此屬性可以使其本身用作構(gòu)建基塊，充當(dāng)聚合物鏈中其他分子之間的橋梁。此外，它是熱穩(wěn)定的，這意味著它可以加熱到250℃以上而不會迅速分解。

即使在低分子量為1千克/摩爾的情況下，它也表現(xiàn)出高結(jié)晶度，這表明它能在更輕的情況下實(shí)現(xiàn)其理想物理性能(如結(jié)晶度和材料強(qiáng)度)。

研究人員稱，用這種單體制成的材料非常堅(jiān)硬，并不像一般的再生塑料那樣脆弱不耐用。(馮衛(wèi)東)