FAMU-FSU工程學院的研究人員在溫度對可持續聚合物的影響方面有了新的發現。他們的發現可能有助于該行業生產對環境更好的塑料。
化學與生物醫學工程系教授Rufina Alamo說：“由石油這種不可再生資源制成的塑料在被丟棄時，在我們的土地和水中停留的時間太長了。我們正在研究如何加熱和冷卻可持續性聚合物，以便生產出更‘環保’的塑料。”
Alamo和張曉詩（音譯，賓夕法尼亞州立大學博士后研究員）最近在一系列論文中發表了這項研究成果，這些論文主要關注“綠色”聚合物的結晶。最新的論文作為封面文章出現在高分子科學權威雜志《Macromolecules》上。
Alamo說：“世界范圍內有一種動力來改變最大體積的塑料的制造方式。聚合物化學家和物理學家正在努力生產替代材料，以結束有問題的塑料廢料。”
確定正確的加工溫度是生產更好的材料的關鍵，這將有助于科學家用經濟上可行的、可持續的聚合物取代廉價的石油聚合物。
“聚合物如何被熔化和冷卻以獲得所需的形狀非常重要，”阿拉莫表示，“我們正試圖了解結晶的復雜性，以進一步了解轉化過程。”
該團隊正在研究一種叫做“長間距聚縮醛”的聚合物，這種聚合物被用于塑料中。Alamo團隊在德國康斯坦茨大學的一個實驗室合成了這種長間距聚縮醛，他們使用的是可持續生物質。它們包含一個聚乙烯主鏈，與縮醛基以精確相等的距離連接。這種結構結合了聚乙烯的韌性和乙縮醛基團的水解降解性。這種類型的聚合物強度高，但與傳統聚合物相比，遇水更容易破裂。
Alamo說：“我們發現這類聚合物在熔化后冷卻時會以一種不同尋常的方式結晶。”
在冷卻過程中，看起來像熔化塑料的卷曲面條線的分子會解體形成晶體，并對最終材料的韌性負責。Alamo的團隊表明，聚合物結晶是由發生在晶體生長前沿的分子事件控制的。
研究人員發現，當快速冷卻時，這些聚縮醛變得堅韌并結晶，分子自組裝成一種稱為“I型”的晶體。當慢慢冷卻時，這種物質也是晶體狀的，但是形成的晶體是完全不同的，被稱為“II型”。在中等溫度下冷卻時，這種材料根本不凝固。研究人員稱，這種現象從未在其他結晶聚合物中觀察到。
Alamo說：“要形成晶體，首先需要克服能量障礙。在低溫下，晶體很容易形成。在高溫下，晶體更穩定，在中等溫度下，晶體競爭形成，材料無法凝固。”
她說：“這是一個重大發現，因為這是了解我們使用的塑料如何變成固體的重要關鍵。我們希望為行業提供最好的轉型過程。我們想要的是不會變形或難以固化的可持續塑料。”
這項研究可能為生產更經濟、更可持續的塑料提供新的方法。
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