通过降低解聚温度、提高废塑料回收效率的技术已在韩国国内开发成功。解聚是将高分子链分解到单体水平的过程,由于可以通过化学方式分解废塑料并重新聚合,因此备受关注。因为在解聚过程中可以滤除对环境有害的物质,从而生产环保容器等。然而,既有解聚过程需要较高温度,导致再生利用效率偏低,这也凸显了此次新技术的意义。


KAIST于24日表示,化学系教授 Seo Myeongeun 研究团队利用高分子自组装,开发出一种可降低高分子解聚温度的方法。


署名为教授。KAIST提供

署名为教授。KAIST提供

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在以往将高分子解聚并进行化学分解的过程中,天顶温度(聚合与解聚速率达到平衡的温度)为186℃,在回收废塑料时效率偏低。


对此,研究团队找到了在天顶温度为90℃的条件下诱导解聚的方法,为解决效率问题提供了线索。


研究团队首先发现,在高分子合成过程中发生自组装时,解聚温度会降低。发生在高分子与溶剂相容性较差体系中的自组装,是一个逆熵(违背向无序方向变化的趋势)而形成有序结构的过程。


将多个分子单体互相连接生成巨大高分子链的合成过程同样会提升体系有序度,而将高分子链切割并还原为原始单体的解聚,则是朝向无序的变化。


基于这一点,研究团队确认,在发生自组装的情形下,为实现有序与无序平衡,相较于聚合(简单分子水平的单体通过化学反应连接形成巨大高分子链),解聚会占据优势,由此得以诱导解聚,将原有解聚温度降低至约一半。


在与嵌段共聚物溶解性较差的选择性溶剂中进行聚合时发生的高分子自组装示意图。KAIST提供

在与嵌段共聚物溶解性较差的选择性溶剂中进行聚合时发生的高分子自组装示意图。KAIST提供

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研究团队在合成高分子后升高温度,将构成高分子纳米结构体的链分解为可再利用的单体,再在降低温度时,使分解后的单体再次聚合形成纳米结构体,从而构建出可持续的自组装体系。


由于纳米结构体的形貌会随链长变化,研究团队通过调节温度,观察到在高温与低温条件下结构体形状发生改变。此外,考虑到黏度等物性取决于单体中以高分子形式存在的比例,团队在反复进行聚合与解聚的过程中,实现了对黏度的调控。


Seo Myeongeun 教授表示:“以往要在化学上分解高分子,需要较高温度,分解过程伴随诸多困难。但本研究团队通过高分子自组装降低了解聚温度,并基于这一原理,看到了更高效回收废塑料的可能性。”



此外,本次研究由KAIST化学系博士 Nam Jiyun 担任第一作者,硕博连读生 Yoo Changsu 作为共同作者参与完成。研究结果已发表于5月8日上线的国际学术期刊《Journal of the American Chemical Society》线上版。


本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。

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