Последнее исследование доктора. Цзюнпенг Ван, доцент Школы полимеров и инженерии полимеров UA, предлагает решение по сокращению таких отходов и расчистке научного пути к более устойчивому будущему, которое может понравиться резиновой, шинной, автомобильной и электронной промышленности.
Хотя эта работа поддерживается UA, Ван недавно получил премию Национального научного фонда CAREER, которая поддержит будущие разработки этого исследования.
Проблема: синтетические полимеры, в том числе резина и пластмассы, используются практически во всех сферах повседневной жизни. Доминирование синтетических полимеров во многом обусловлено их превосходной стабильностью и универсальными механическими свойствами. Однако из-за их высокой прочности отходы, состоящие из этих полимеров, накапливаются на суше и в океанах, вызывая серьезную обеспокоенность экосистемы.
Кроме того, поскольку более 90% этих полимеров получают из ограниченных природных ресурсов, таких как нефть и уголь, производство этих материалов является неустойчивым, если они не могут быть переработаны и повторно использованы.
Перспективным решением проблемы устойчивости пластмасс является замена существующих полимеров на пригодные для вторичной переработки, чтобы добиться кругового использования материалов. Несмотря на достигнутый к настоящему времени прогресс, немногие пригодные для вторичной переработки полимеры демонстрируют превосходную термическую стабильность и высокие механические свойства традиционных полимеров.
Перерабатываемые материалы, которые разработал Ван и его команда, уникальны по своей превосходной термостойкости и универсальным механическим свойствам. Их статья, объясняющая исследование, «Химически перерабатываемые полимеры на основе метаболизма олефинов на основе мономеров с конденсированными кольцами», была опубликована на прошлой неделе в журнале Nature Chemistry.
«Мы особенно заинтересованы в химически перерабатываемых полимерах, которые можно разделить на составляющие (мономеры), из которых они сделаны», – говорит Ван. «Переработанные мономеры могут быть повторно использованы для производства полимеров, что позволяет использовать материалы по кругу, что не только помогает сохранить ограниченные природные ресурсы, используемые при производстве пластмасс, но и решает проблему нежелательного накопления пластика в конце срока его службы. объекты."
Ключевым моментом при разработке химически перерабатываемых полимеров является определение правильного мономера.
Путем тщательного компьютерного расчета исследователи определили целевой мономер. Затем они получили мономер и полимеры путем химического синтеза, используя широко доступные исходные материалы.
Исследовательская группа Вана, в которую входят аспиранты по полимерным наукам и доктор наук, стремится решать эти проблемы путем разработки полимеров, которые можно разбить на составные части.
Когда катализатор деполимеризации отсутствует или удален, полимеры будут очень стабильными, а их термические и механические свойства можно настроить в соответствии с потребностями различных областей применения.
«Разработанные нами химически перерабатываемые полимеры демонстрируют превосходную термическую стабильность и надежные механические свойства и могут использоваться для получения как резины, так и пластмасс», – говорит Ван. «Мы ожидаем, что этот материал станет привлекательным кандидатом на замену существующих полимеров. Наш молекулярный дизайн основан на вычислениях, подчеркивая трансформирующую силу интеграции вычислений и экспериментальной работы.
По сравнению с другими продемонстрированными пригодными для вторичной переработки полимерами, новые полимеры, которые мы демонстрируем, демонстрируют гораздо лучшую стабильность и более универсальные механические свойства. При добавлении катализатора полимер может быть разложен на составляющий мономер для повторного использования."
Следующей задачей исследовательской группы Вана является расширение области применения химически перерабатываемых полимеров и разработка полимерных композитов, армированных углеродным волокном.
Команда также проанализирует экономические показатели этого промышленного процесса и анализ жизненного цикла для коммерциализации полимеров.