在过去的 100 年里,塑料和聚合物改变了世界的运作方式,从飞机和汽车到计算机和手机,几乎所有这些都由基于化石燃料的化合物组成。佛罗里达州立大学的一个研究小组发现了一种从松树液中提取的新塑料,有可能成为新的可持续材料的游戏规则改变者。


详细介绍这一新发现的研究的首席研究员、化学和生物化学副教授贾斯汀·肯尼穆尔 (Justin Kennemur) 表示,这是朝着新塑料正确方向迈出的重要一步,并且是可能导致多种新材料的重要发现。

松树液基塑料:有可能成为新的可持续材料的游戏规则改变者

我们目前所知道的是,这种玻璃状、热稳定的塑料可以在更高的温度下熔化和成型,并在环境温度下冷却成硬塑料,Kennemur 说,下一个目标之一是了解这些聚合物的一些机械性能。然而,这种材料具有许多结构特征,反映了我们每天使用的塑料,因此有多种应用前景。


该团队的研究结果发表在ACS Macro Letters 杂志上。


当今 99% 的塑料是由有限的化石燃料生产的,需求不断增加,地理供应有限,他说,从可再生资源中生产材料,特别是松树汁,可以在不杀死树木的情况下收获,是一项值得注意的努力。


α-蒎烯是从松树液中提取的最丰富的分子,众所周知,它很难变成塑料,因此目前用途有限。它主要存在于基于松节油的清洁剂和溶剂中。领导这项研究的 FSU高分子化学博士生 Mark Yarolimek首先对 α-蒎烯进行了合成修饰,使这种化合物被称为 δ-蒎烯。


我将 α-蒎烯通过一系列化学反应、多次纯化和一些反复试验,最终证明成功地将其转化为 δ-蒎烯,他说,一旦我们获得了纯化的液体 δ-蒎烯,我就通过一个最终的化学反应将其转化为合成的塑料聚 δ-蒎烯。


Yarolimek 和 Heather Bookbinder 在 2020 年获得运动生理学学士学位之前曾担任该项目的本科研究员,然后进行了一系列“聚合”,将小液体分子转化为固体大分子的化学反应——以测试其有效性分子正在变成塑料。


这些测试包括测量单次反应中有多少 delta-蒎烯转化为塑料,研究人员控制分子生长的能力,以及条件变化如何影响材料。他们还对塑料的各种材料特性进行了表征,例如聚合物在什么温度下熔化以及在分解之前可以承受多少热量,以及探索材料的分子结构。

松树液基塑料:有可能成为新的可持续材料的游戏规则改变者

Kennemur Group 的研究生研究员 Brianna Coia 同时分析了 delta-蒎烯,以了解它是否具有适当的热力学特性以进行聚合。借助 FSU 研究计算中心的资源,Coia 进行了密度泛函理论计算,她的计算结果与 Yarolimek 和 Bookbinder 的实验结果非常吻合。


Yarolimek 说,将这种生物质分子转化为新的高性能塑料,例如这种塑料,对于继续我们的生活方式至关重要。该团队已经与 FSU 商业化办公室合作,为他们发现的材料申请专利。


他说,我们不会回到 18 世纪石油枯竭的时代,而是转向生物基塑料,这将使我们能够进一步推进下一步。


Kennemur 说,制造新的生物基塑料只是对话的一半,另一个涉及塑料的最终命运。对于这种高性能材料,由于可生物降解而保质期短是不可取的,但它仍然需要一种回收方式。这可能意味着通过化学刺激发展分解过程。


我们的研究同时投资于两者。我们制造新材料,但我们也在研究它们的化学可回收性,他说,我们制造了这种新塑料,但这只是开始。我们还需要学习如何分解塑料,我们计划开始对此进行调查。


肯尼穆尔说,他的学生研究人员在很大程度上应该归功于这一发现,而他的角色是指导他们的工作。


成为这个研究团队的一员可能是我在 FSU 期间最有教育意义和最有趣的经历之一,Bookbinder 说,在我看来,动手体验是最吸引人的学习方式,而且效果持久。我将在我的余生中谈论研究和我在体验中的作用。


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