低污染超分子塑料集成测甲醛、光响应等功能,用水就能修补重塑、循环再生

塑料制品的过度生产和使用造成了巨大的能源消耗和环境污染,因此,能够在室温下制备、重塑和修补的超分子塑料引起了人们的极大关注,成为下一代新型塑料材料极具潜力的热门候选之一。然而,大多数超分子塑料在干燥环境下都会变得非常脆,极大限制了超分子塑料进一步的实际应用。近日,北京大学化学与分子工程学院黄建滨-阎云研究员团队在ACS Materials Letters期刊上发表了题为“Using Molecul…

塑料制品的过度生产和使用造成了巨大的能源消耗和环境污染,因此,能够在室温下制备、重塑和修补的超分子塑料引起了人们的极大关注,成为下一代新型塑料材料极具潜力的热门候选之一。然而,大多数超分子塑料在干燥环境下都会变得非常脆,极大限制了超分子塑料进一步的实际应用。

近日,北京大学化学与分子工程学院黄建滨-阎云研究员团队在ACS Materials Letters期刊上发表了题为“Using Molecules with Superior Water-Plasticity to Build Solid-Phase Molecular Self-Assembly: Room-Temperature Engineering Mendable and Recyclable Functional Supramolecular Plastics”的文章(第一单位为北京大学,第二单位为福建师范大学)。

低污染超分子塑料集成测甲醛、光响应等功能,用水就能修补重塑、循环再生

论文截图

该团队受自然界中常见的结块现象的启发,提出了一种与传统热压塑形或有机溶剂蒸发等完全不同的制备方法——基于结块原理的固相分子自组装策略,这是一种低能耗、低污染的材料制备方法,可以在室温、无有机溶剂参与条件下实现大面积的超分子薄膜材料的制备。

为了提高超分子塑料在干燥环境下的柔韧性,该课题组利用了具有极高水塑化能力的聚电解质PDDA和表面活性剂AES作为组装基元进行体系构筑,使得该薄膜材料在干燥环境下仍然保持着2%的含水量,断裂伸长率可以达到24%,拉伸强度为12 MPa,杨氏模量为188 MPa。

低污染超分子塑料集成测甲醛、光响应等功能,用水就能修补重塑、循环再生

在干燥环境下仍然具有优良柔韧性的可再生、可修补和功能性的“超分子塑料”

同时,在水的塑化作用下,破损的薄膜材料可以通过室温修补实现循环利用,延长材料的使用寿命;对于废旧薄膜还可以在水的辅助下通过室温重塑实现循环再生,有助于降低重塑过程的能耗,提高循环利用率。

低污染超分子塑料集成测甲醛、光响应等功能,用水就能修补重塑、循环再生

(a)-(c) 破损薄膜在水辅助下实现室温修补并承重示意图;(d)-(f) 薄膜在水辅助下的自黏附性质:(d)界面韧度(interfacial toughness); (e)剪切强度(shear strength); (f) 拉伸强度(tensile strength)

该工作从材料制备和材料性质各方面充分论述了其作为超分子塑料在解决传统塑料污染问题上的应用前景。

此外,该超分子塑料可以非常方便沉积各种功能分子,获得对甲醛具有检测功能、光响应功能的薄膜材料。而且,通过简单的水促集成,这些功能可以集中于一片薄膜上,未来有望发展节能、健康检测等高端塑料产品。

低污染超分子塑料集成测甲醛、光响应等功能,用水就能修补重塑、循环再生

功能性薄膜材料构筑。(a)螺吡喃掺杂的紫外响应薄膜材料;(b)乙酰丙酮铵掺杂的甲醛响应薄膜材料;(c)紫外-甲醛双响应的螺吡喃-乙酰丙酮铵集成薄膜。

论文第一作者为福建师范大学环境科学与工程学院金红君副教授,通讯作者为北京大学化学与分子工程学院阎云研究员,北京大学黄建滨教授对工作进行了指导。第一单位为北京大学,第二单位为福建师范大学。

本文经授权转载自公众号高分子科技,原标题为:《北京大学阎云研究员《ACS Mater. Lett.》:在可循环再生“超分子塑料”方面取得新进展》,如需转载请联系原账号。

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