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前沿科普:IBM科学家称塑料可实现无限次循环使用

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发表于 2019-1-9 09:58:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着塑料的广泛应用,塑料垃圾也日益增多,究其原因,这或许跟塑料的循环使用存在必然的联系。一般,我们普遍认为,塑料的回收次数是受到限制的,最多可回收利用三四次。例如,它会失去可塑流动性,变脆,变浑浊而不透明,甚至变色(例如变黄)。而一旦塑料的机械性能或光学性质改变,就不再适合用于最初的使用目的。
近期,IBM的科学家JamieGarcia被MIT杂志评选为“2015年年度35岁以下科研创新学者”,以表彰她在高分子聚合物领域的贡献,尤其是表彰她发现了兼具高强度和高回收性的塑料。这位化学博士表示,希望她发明的高分子聚合物可以使得塑料更经久耐用,并且可以实现无限次回收利用。
在大多数人的印象中,塑料回收利用,1次2次都还行,但随着回收利用次数的增多,塑料的品质也随之下降。那么,塑料回收次数的极限在哪里呢?IBM首席科学家的答案是:塑料可以实现无限次循环回收利用。
前沿科普:IBM科学家称塑料可实现无限次循环使用
专访IBM首席科学家JamieGarcia
问:你认为人们对于塑料最大的误解是什么?
JamieGarcia:我觉得最大的误区应该是塑料被认为是一种廉价的材料。在人们的潜意识中,塑料只能做一些简单的制品,比如玩具、卷尺、或是瓶子等。
但是,其实塑料还可以添加一些其他化学成分改变属性,做很多意想不到的事情。例如,导电塑料(如OLED),抗菌塑料(如一次性医疗器械),或者轻质高强度塑料(如波音787尾复合材料)。所以,塑料不仅可以节省燃料和减少二氧化碳排放,还可以帮助预防疾病,塑料是我们高质生活的保障。
问:为什么塑料回收次数被限制,一般在3到4次?
JamieGarcia:塑料回收次数受限,是因为塑料的性能随着每一次的融化重塑而降低。例如,它会失去可塑流动性,变脆,变浑浊而不透明,甚至变色(例如变黄)。而一旦塑料的机械性能或光学性质改变,就不再适合用于最初的使用目的,而不得不另作他用。
可无限循环使用的塑料
问:你科研上的突破使得塑料,甚至是以往被认为不可回收的塑料都可以实现多次的循环利用。你是使用了什么使得塑料可以保持如此良好的可塑性呢?
JamieGarcia:这种可无限循环的塑料有一个交联的化学结构域,使得它具备刚性的特质。只有在PH很低(例如PH=0)的条件下可以水解。我们通过计算化学实验模拟分析最佳性能的材料所需要的固化条件和单体,分析得出最佳的合成方法。一般的塑料不可能同时具备刚性和韧性这两种性能,但是这种热固性塑料则刚柔并济(一般环境下具备刚性,但到极低PH的情况下具备韧性)。
问:你的材料回收起来很方便,之前就有关于将你的材料用到油漆涂料上的猜测。那你的高分子材料是如何应用到这类产品上的呢?
JamieGarcia:我们这种高分子聚合材料的自愈性的发现是由于一个意外的福利。之所以可以用于自愈涂料是因为我们将它的可自愈的化学基序与涂料的混合结构合并了。这种油漆可以适应其使用环境,具备抗开裂,抗划痕等性质。
而由此形成的膜(油漆便是这类产物),几乎就是活的,具备“智能”的聚合物。这意味着它仍是动态的,不断地响应环境。由于其独特的化学结构,可以根据裂痕等作出反应,使其“愈合”。
高分子聚合物使塑料经久耐用实现无限次回收再利用
问:油漆的剥落可以说是一种正常现象。那被涂上了聚合物,在什么条件会引发其自愈性?
JamieGarcia:这取决于我们谈论的是哪种结构。在某些情况下,简单的水处理就可治愈这种膜,在其他情况下,可以使用酒精或指甲油等溶剂来清除裂缝从而使它愈合。还有一些情况下可能需要用醋或类似的东西擦去裂缝。甚至,不需要做任何事情都能自愈。这将是一个有趣的有挑战性的工程。
问:那生产或者回收这种聚合物,需要什么样的工厂条件?
JamieGarcia:关于生产,我们需要升级设备并提升设备的规模,或者调整那些已经符合实施加工条件的设备。由于IBM不是一个化学公司,所以我们需要为下一步寻找合作伙伴。回收它们?这是一个更大的挑战。我们将需要一个致力于化学聚合物回收的大型工厂。
大多数的塑料等聚合物都是使用廉价融化造粒方法进行回收并利用,因为化学回收塑料方法的基础设备还不够完善。但是我仍然认为,从长远来看化学回收塑料这种方法是值得的,毕竟这样可以回收更多的材料,可以节省能源,资源和垃圾填埋的空间。
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