环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：FengLi他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACSMacroLetters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将LGO和Cyrene转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者ToshifumiSatoh教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424673.htm

新的防腐蚀聚合物会突出展示损害部位 可自我修复并可回收利用

新的防腐蚀聚合物会突出展示损害部位可自我修复并可回收利用腐蚀和老化最终将影响人类建造的几乎所有建筑与装备，从摩天大楼再到桥梁、飞机、火车和汽车，莫不如此。开发新的抗腐蚀材料和涂层是一个持续的需求，现在科学家们已经开发出一种新材料，具有大量人们急需的特性。这种新材料被称为聚苯亚甲基，或简称PPM，它可以被喷到一个表面上，在那里它硬化成一个固体聚合物涂层。为了测试它作为腐蚀屏障的性能如何，该团队进行了一项加速老化实验，将铝合金样品暴露在有或没有PPM涂层的盐溶液中，涂有30和50微米厚的PPM层的金属在加速老化的许多周期后没有显示出明显的腐蚀。PPM还显示了自我修复能力。当研究小组故意划伤涂层，然后将其暴露在溶液中时，发现它能迅速自行修补断裂处。这是因为溶液与下面的铝发生反应，导致该区域升温并融化聚合物，使其刚好流入缺口，缺口被填满后，溶液和金属之间的接触被打破，冷却下来的涂层就会再次变硬。这种聚合物也会对这种损坏发出预先警告，提醒需要人为干预。PPM在紫外光下会发出荧光，但如果它被损坏就不会发出荧光，这样就可以清楚地检查出可能难以发现的裂缝。即使在其寿命结束时，这种超强的材料也不会停止--它可以被回收并应用于新的表面。相比之下，类似的聚合物只能被扔进垃圾场或焚烧。在测试中，研究人员将其移除并回收，材料仅损失了5%，即使经过五个循环的重复使用，其性能也没有下降。研究人员目前正在为这种材料申请专利，而进一步的工作将研究如何改进这种配方。该研究发表在《聚合物》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345711.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345711.htm

突破性的植物聚合物有望打破微塑料循环

突破性的植物聚合物有望打破微塑料循环微塑料是从日常塑料制品中脱落的微小、几乎不可破坏的碎片。随着我们对微塑料的了解越来越多，情况也越来越糟。我们已经在海洋和土壤中发现了大量的微塑料，现在我们又在最不可能的地方发现了它们：我们的动脉、肺部甚至胎盘。微塑料需要100到1000年的时间才能分解，与此同时，我们的地球和身体每天都在受到这些材料的污染。寻找传统石油基塑料和微塑料的可行替代品从未像现在这样重要。加州大学圣迭戈分校的科学家和材料科学公司Algenesis的最新研究表明，他们研制的植物基聚合物能在七个月内完成生物降解，即使是微塑料级别的生物降解。这篇论文发表在《科学报告》杂志上，其作者都是加州大学圣地亚哥分校的教授、校友或前研究科学家。"我们刚刚开始了解微塑料的影响。我们对环境和健康影响的了解还只是皮毛，"论文作者之一、Algenesis公司联合创始人、化学与生物化学教授MichaelBurkart说。"我们正试图为已经存在的材料寻找替代品，并确保这些替代品在使用寿命结束后能够生物降解，而不是在环境中聚集，这并不容易。"论文的另一位作者罗伯特-波默罗伊（RobertPomeroy）说："大约六年前，当我们首次创造出这种藻基聚合物时，我们的初衷一直是希望它能够完全生物降解，我们有大量数据表明，我们的材料正在堆肥中消失，但这是我们第一次在微粒水平上对其进行测量。他同时也是化学与生物化学教授和Algenesis公司的共同创始人。为了测试其生物降解性，研究小组将其产品研磨成细微颗粒，并使用三种不同的测量工具来确认，当将其放入堆肥中时，这种材料正在被微生物消化。第一个工具是呼吸计。当微生物分解堆肥材料时，它们会释放二氧化碳（CO2），呼吸计会对其进行测量。这些结果与纤维素的分解进行了比较，纤维素被认为是100%生物降解性的行业标准。植物基聚合物的生物降解率几乎达到了纤维素的100%。石油基（EVA）和植物基（TPU-FC1）微塑料的颗粒计数显示，随着时间的推移，EVA几乎没有生物降解，而TPU在第200天时已基本消失。资料来源：Algenesis公司接下来，研究小组使用了水漂浮法。由于塑料不溶于水且会漂浮，因此很容易从水面上舀起。每隔90天和200天，几乎100%的石油基微塑料都被回收，这意味着它们都没有发生生物降解。另一方面，90天后，只有32%的藻类微塑料被回收，这表明超过三分之二的藻类微塑料已经生物降解。200天后，只有3%的微塑料被回收，表明97%的微塑料已经消失。最后一项测量是通过气相色谱/质谱仪（GCMS）进行化学分析，检测到了用于制造塑料的单体的存在，表明聚合物正在被分解成最初的植物材料。扫描电子显微镜进一步显示了微生物如何在堆肥过程中定植于可生物降解的微塑料中。论文共同作者、生物科学学院教授兼Algenesis公司联合创始人斯蒂芬-梅菲尔德（StephenMayfield）说："这种材料是第一种在使用过程中不会产生微塑料的塑料。这不仅仅是针对产品生命周期末端和拥挤的垃圾填埋场的可持续解决方案。这实际上是一种不会让我们生病的塑料。"在通往可行性的漫长道路上，创造石油基塑料的环保型替代品只是其中的一部分。目前的挑战是如何将这种新材料用于原本为传统塑料制造的现有生产设备上，而Algenesis公司在这方面正在取得进展。他们已与多家公司合作，生产使用加州大学圣地亚哥分校开发的植物基聚合物的产品，包括用于涂层织物的特瑞堡公司和用于生产手机壳的犀牛盾公司。Burkart表示："当我们开始这项工作时，有人告诉我们这是不可能的。现在我们看到了不同的现实。还有很多工作要做，但我们希望给人们带来希望。这是可能的。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426086.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426086.htm

加州大学研发植物基聚合物 可在七个月内降解消失

加州大学研发植物基聚合物可在七个月内降解消失寻找传统石油基塑料和微塑料的可行替代品从未像现在这样重要。加州大学圣迭戈分校的科学家和材料科学公司Algenesis的最新研究表明，他们的植物基聚合物能在七个月内完成生物降解，即使是微塑料级别的生物降解。这篇论文发表在《自然-科学报告》上，其作者都是加州大学圣地亚哥分校的教授、校友或前研究科学家。"我们刚刚开始了解微塑料的影响。我们对环境和健康影响的了解还只是皮毛，"论文作者之一、Algenesis公司联合创始人、化学与生物化学教授MichaelBurkart说。"我们正试图为已经存在的材料寻找替代品，并确保这些替代品在使用寿命结束后能够生物降解，而不是在环境中聚集。这并不容易。"论文的另一位作者罗伯特-波默罗伊（RobertPomeroy）说："大约六年前，当我们首次创造出这种藻基聚合物时，我们的初衷一直是希望它能够完全生物降解，我们有大量数据表明，我们的材料正在堆肥中消失，但这是我们第一次在微粒水平上对其进行测量。"波默罗伊也是化学与生物化学教授和Algenesis公司的共同创始人之一。为了测试其生物降解性，研究小组将其产品研磨成细微颗粒，并使用三种不同的测量工具来确认，当将其放入堆肥中时，这种材料正在被微生物消化。第一个工具是呼吸计。当微生物分解堆肥材料时，它们会释放二氧化碳（CO2），呼吸计会对其进行测量。这些结果与纤维素的分解进行了比较，纤维素被认为是100%生物降解性的行业标准。植物基聚合物的生物降解率几乎达到了纤维素的100%。定义：可生物降解：能够在生物体的作用下迅速分解。如果某样东西被标注为可生物降解，并不意味着它能在合理的时间内或在所有环境中降解。微塑料：长度在500微米至5毫米之间的塑料碎片。关于微塑料及其对环境和人类健康的影响，还有很多未知数。聚合物：大分子：由较小的重复分子（称为单体）组成。所有塑料都是聚合物，但并非所有聚合物都是塑料。石油基（EVA）和植物基（TPU-FC1）微塑料的粒子计数显示，随着时间的推移，EVA几乎没有生物降解，而TPU在第200天时已基本消失。接下来，研究小组使用了水漂浮法。由于塑料不溶于水且会漂浮，因此很容易从水面上舀起。每隔90天和200天，几乎100%的石油基微塑料都被回收，这意味着它们都没有发生生物降解。另一方面，90天后，只有32%的藻类微塑料被回收，这表明超过三分之二的藻类微塑料已经生物降解。200天后，只有3%的微塑料被回收，表明97%的微塑料已经消失。最后一项测量是通过气相色谱/质谱仪（GCMS）进行化学分析，检测到了用于制造塑料的单体的存在，表明聚合物正在被分解为其起始植物材料。扫描电子显微镜进一步显示了微生物如何在堆肥过程中定植于可生物降解的微塑料中。论文共同作者、生物科学学院教授兼Algenesis公司联合创始人斯蒂芬-梅菲尔德（StephenMayfield）说："这种材料是第一种在使用过程中不会产生微塑料的塑料。这不仅仅是针对产品生命周期末端和拥挤的垃圾填埋场的可持续解决方案，也是一种不会让我们生病的塑料。"在通往可行性的漫长道路上，创造石油基塑料的环保型替代品只是其中的一部分。目前的挑战是如何将这种新材料用于原本为传统塑料制造的现有生产设备上，而Algenesis公司在这方面正在取得进展。他们已与多家公司合作，生产使用加州大学圣地亚哥分校开发的植物基聚合物的产品，包括用于涂层织物的特瑞堡公司和用于生产手机壳的犀牛盾公司。Burkart表示："当我们开始这项工作时，有人告诉我们这是不可能的。现在我们看到了不同的现实。还有很多工作要做，但我们希望给人们带来希望，这是可能做到的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424976.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424976.htm

化学家解开长期困扰他们的聚合物科学之谜

化学家解开长期困扰他们的聚合物科学之谜包含分子力探针（中央结构）的聚合物链被内爆空化泡（中央圆圈）周围的流场扭曲的艺术效果图。资料来源：利物浦大学RomanBoulatov教授在最近发表在《自然-化学》（NatureChemistry）杂志封面上的一篇论文中，利物浦的研究人员利用机械化学来描述溶液中的聚合物链如何对周围溶剂流动的突然加速做出反应。这一新方法使过去50年来一直困扰聚合物科学家的一个基本技术问题终于有了答案。大分子溶质在快速流动中的碎裂具有相当重要的基础和实际意义。人们对链断裂前的分子事件序列知之甚少，因为此类事件无法直接观察到，而必须根据流动溶液的主体成分变化来推断。在此，我们介绍了如何通过分析聚苯乙烯链的断裂与嵌入其主干的发色团的异构化之间的同链竞争，详细描述超声溶液中发生机械化学反应的链的分子几何分布。在最新的实验中，过度拉伸（机械负载）的链段沿着主干生长和漂移，其时间尺度与机械化学反应相同，并且与机械化学反应竞争。因此，碎裂链只有小于30%的骨架被过度拉伸，最大力和最大反应概率都位于远离链中心的位置。因此，量化链内竞争对于任何速度足以使聚合物链断裂的流动都可能具有机理意义。历史挑战和影响自20世纪80年代以来，研究人员一直试图了解溶解聚合物链对突然加速的溶剂流的独特反应。然而，他们一直受限于高度简化的溶剂流，对真实世界系统行为的洞察力有限。利物浦化学家RomanBoulatov教授和RobertO'Neill博士的这一新发现对物理科学的多个领域具有重要的科学意义，同时在实际操作层面也对许多价值数百万美元的工业流程（如提高油气回收率、长距离管道和光伏制造）中使用的基于聚合物的流变控制具有重要意义。RomanBoulatov教授说："我们的发现解决了聚合物科学中的一个基本技术问题，并有可能颠覆我们目前对空化溶剂流中链行为的理解。"该论文的共同作者罗伯特-奥尼尔博士补充说："我们的方法论证明揭示了我们对聚合物链如何响应空化溶液中溶剂流动的突然加速的理解过于简单，无法支持系统设计新的聚合物结构和成分，以在这种情况下实现高效、经济的流变控制，也无法获得对流动诱导机械化学的基本分子见解。我们的论文对我们在分子长度尺度上研究非平衡聚合物链动力学的能力具有重要影响，从而使我们有能力回答关于能量如何在分子间和分子内流动，以及能量如何从动能转化为势能再转化为自由能的基本问题。"研究小组计划重点扩大他们的新方法的范围和能力，并利用这种方法绘制分子级物理图谱，从而准确预测聚合物、溶剂和流动条件任意组合的流动行为。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385755.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385755.htm

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有50%以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（MichaelDickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有50-60%的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey说："制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或3D打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于6月19日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435551.htm