麻省理工新方法控制循環(huán)生產(chǎn)更強聚合物
更新時(shí)間：2019-11-14 10:07:12 字號：T|T
麻省理工新方法控制循環(huán)生產(chǎn)更強聚合物簡(jiǎn)單的技術(shù)減少了會(huì )削弱塑料和橡膠等材料的循環(huán)。塑料，橡膠和許多其他有用的材料由聚合物—長(cháng)鏈排列
麻省理工新方法控制循環(huán)生產(chǎn)更強聚合物
簡(jiǎn)單的技術(shù)減少了會(huì )削弱塑料和橡膠等材料的循環(huán)。塑料，橡膠和許多其他有用的材料由聚合物—長(cháng)鏈排列在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )中構成。 在分子水平上，這些聚合物網(wǎng)絡(luò )的結構缺陷會(huì )削弱它們。
幾年前，麻省理工學(xué)院的研究人員首先對某些類(lèi)型的這些缺陷進(jìn)行了測量，這些缺陷稱(chēng)為“環(huán)路”，是當聚合物網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)鏈與自身而不是另一個(gè)鏈結合時(shí)引起的?，F在，同樣的研究人員發(fā)現了一種簡(jiǎn)單的方式來(lái)減少聚合物網(wǎng)絡(luò )中的環(huán)的數量，從而增強了由聚合物制成的材料。
為了實(shí)現這一目標，研究人員簡(jiǎn)單地將聚合物網(wǎng)絡(luò )的一種組成成分緩慢地添加到大量的******組分中。使用這種方法，他們能夠在各種不同的聚合物網(wǎng)絡(luò )結構將環(huán)路數量減少一半。 這可以為工業(yè)上有用的材料的制造商如塑料或凝膠的制造商提供一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)加強其材料。
Firmenich職業(yè)發(fā)展副研究員麻省理工學(xué)院化學(xué)副教授Jeremiah A. Johnson說(shuō)，“只要改變你將一個(gè)組件添加到另一個(gè)組件的速度，你***可以改善機械性能。
麻省理工學(xué)院研究生 Yuwei Gu 是本文的******作者，于4月24日發(fā)表在國家科學(xué)院院刊上。其他作者是麻省理工學(xué)院化學(xué)工程副教授Bradley Olsen; 麻省理工學(xué)院研究生Ken Kawamoto; 前麻省理工學(xué)院博士后Mingjiang Zhong ， Mao Chen; 凱斯西儲大學(xué)助理教授Michael Hore; 凱斯西儲大學(xué)研究生Alex Jordan;前麻省理工學(xué)院客座教授和凱斯西儲大學(xué)副教授LaShanda Korley。
控制循環(huán)
2012年，Johnson的團隊設計了******種測量聚合物網(wǎng)絡(luò )中環(huán)路數量的方法，并通過(guò)Olsen的理論預測驗證了這些結果。研究人員發(fā)現，根據起始材料中的聚合物鏈的濃度和其他因素，環(huán)路可約占網(wǎng)絡(luò )百分之九至************。
幾年后，Johnson和Olsen開(kāi)發(fā)了一種計算削弱材料的循環(huán)的方法。在***新的工作中，他們著(zhù)手于減少環(huán)路形成，并且在不改變材料組成的情況下實(shí)現這個(gè)目的。
Johnson說(shuō)：“我們?yōu)樽约涸O定的目標是將相同的前體材料用于一種經(jīng)常使用的材料，并且，在相同的條件和相同的濃度下使用相同的前體，使材料的循環(huán)量減少”。
在本文中，研究人員首先著(zhù)重于一種被稱(chēng)為星形聚合物網(wǎng)絡(luò )的聚合物結構。這種材料有兩個(gè)不同的結構單元：一個(gè)稱(chēng)為“B4”的四個(gè)相同臂的星形，一個(gè)稱(chēng)為“A2”的鏈，A2的每個(gè)分子都附著(zhù)在B4的其中一個(gè)臂的末端。 然而，在典型的合成過(guò)程中，當一切都被立即混合在一起時(shí)，一些A2鏈***終結合到兩個(gè)B4臂中，形成一個(gè)環(huán)。
研究人員發(fā)現，如果將B4緩慢添加到A2的溶液中，則B4的每一個(gè)臂將與單個(gè)A2分子快速反應，因此A2的形成循環(huán)的機會(huì )較少。
在緩慢加入一半的B4溶液幾個(gè)小時(shí)后，他們一次加入了后半部分，星形亞單元連接在一起形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。研究人員發(fā)現，這種材料大約占使用傳統合成工藝生產(chǎn)的相同材料的環(huán)路的一半。
Johnson說(shuō)，根據原材料中回路的數量，這種“慢而快”的方法可以將材料的強度提高至600%。
卡內基梅隆大學(xué)化學(xué)教授Krzysztof Matyjaszewski說(shuō)，“基于緩慢交聯(lián)劑的添加的這種非常簡(jiǎn)單的巧妙而強大的方法減少了分子內環(huán)化并明顯優(yōu)化了聚合物網(wǎng)絡(luò )的機械性能。”
更好的產(chǎn)品
研究人員還嘗試了這種技術(shù)與四種其他類(lèi)型的聚合物網(wǎng)絡(luò )合成反應。他們不能測量所有類(lèi)型聚合物的環(huán)路數，但是它們在材料的強度方面也發(fā)現了類(lèi)似的改進(jìn)。
這種方法可能有助于提高由凝膠或其他交聯(lián)聚合物制成的任何材料的強度，包括塑料，水凈化膜，環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑或水凝膠如隱形眼鏡。
Johnson實(shí)驗室正在研究將此方法應用于各種材料，包括用于生長(cháng)組織工程細胞的凝膠。
簡(jiǎn)單的技術(shù)減少了會(huì )削弱塑料和橡膠等材料的循環(huán)。塑料，橡膠和許多其他有用的材料由聚合物—長(cháng)鏈排列在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )中構成。 在分子水平上，這些聚合物網(wǎng)絡(luò )的結構缺陷會(huì )削弱它們。
幾年前，麻省理工學(xué)院的研究人員首先對某些類(lèi)型的這些缺陷進(jìn)行了測量，這些缺陷稱(chēng)為“環(huán)路”，是當聚合物網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)鏈與自身而不是另一個(gè)鏈結合時(shí)引起的?，F在，同樣的研究人員發(fā)現了一種簡(jiǎn)單的方式來(lái)減少聚合物網(wǎng)絡(luò )中的環(huán)的數量，從而增強了由聚合物制成的材料。
為了實(shí)現這一目標，研究人員簡(jiǎn)單地將聚合物網(wǎng)絡(luò )的一種組成成分緩慢地添加到大量的******組分中。使用這種方法，他們能夠在各種不同的聚合物網(wǎng)絡(luò )結構將環(huán)路數量減少一半。 這可以為工業(yè)上有用的材料的制造商如塑料或凝膠的制造商提供一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)加強其材料。
Firmenich職業(yè)發(fā)展副研究員麻省理工學(xué)院化學(xué)副教授Jeremiah A. Johnson說(shuō)，“只要改變你將一個(gè)組件添加到另一個(gè)組件的速度，你***可以改善機械性能。
麻省理工學(xué)院研究生 Yuwei Gu 是本文的******作者，于4月24日發(fā)表在國家科學(xué)院院刊上。其他作者是麻省理工學(xué)院化學(xué)工程副教授Bradley Olsen; 麻省理工學(xué)院研究生Ken Kawamoto; 前麻省理工學(xué)院博士后Mingjiang Zhong ， Mao Chen; 凱斯西儲大學(xué)助理教授Michael Hore; 凱斯西儲大學(xué)研究生Alex Jordan;前麻省理工學(xué)院客座教授和凱斯西儲大學(xué)副教授LaShanda Korley。
控制循環(huán)
2012年，Johnson的團隊設計了******種測量聚合物網(wǎng)絡(luò )中環(huán)路數量的方法，并通過(guò)Olsen的理論預測驗證了這些結果。研究人員發(fā)現，根據起始材料中的聚合物鏈的濃度和其他因素，環(huán)路可約占網(wǎng)絡(luò )百分之九至************。
幾年后，Johnson和Olsen開(kāi)發(fā)了一種計算削弱材料的循環(huán)的方法。在***新的工作中，他們著(zhù)手于減少環(huán)路形成，并且在不改變材料組成的情況下實(shí)現這個(gè)目的。
Johnson說(shuō)：“我們?yōu)樽约涸O定的目標是將相同的前體材料用于一種經(jīng)常使用的材料，并且，在相同的條件和相同的濃度下使用相同的前體，使材料的循環(huán)量減少”。
在本文中，研究人員首先著(zhù)重于一種被稱(chēng)為星形聚合物網(wǎng)絡(luò )的聚合物結構。這種材料有兩個(gè)不同的結構單元：一個(gè)稱(chēng)為“B4”的四個(gè)相同臂的星形，一個(gè)稱(chēng)為“A2”的鏈，A2的每個(gè)分子都附著(zhù)在B4的其中一個(gè)臂的末端。 然而，在典型的合成過(guò)程中，當一切都被立即混合在一起時(shí)，一些A2鏈***終結合到兩個(gè)B4臂中，形成一個(gè)環(huán)。
研究人員發(fā)現，如果將B4緩慢添加到A2的溶液中，則B4的每一個(gè)臂將與單個(gè)A2分子快速反應，因此A2的形成循環(huán)的機會(huì )較少。
在緩慢加入一半的B4溶液幾個(gè)小時(shí)后，他們一次加入了后半部分，星形亞單元連接在一起形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。研究人員發(fā)現，這種材料大約占使用傳統合成工藝生產(chǎn)的相同材料的環(huán)路的一半。
Johnson說(shuō)，根據原材料中回路的數量，這種“慢而快”的方法可以將材料的強度提高至600%。
卡內基梅隆大學(xué)化學(xué)教授Krzysztof Matyjaszewski說(shuō)，“基于緩慢交聯(lián)劑的添加的這種非常簡(jiǎn)單的巧妙而強大的方法減少了分子內環(huán)化并明顯優(yōu)化了聚合物網(wǎng)絡(luò )的機械性能。”
更好的產(chǎn)品
研究人員還嘗試了這種技術(shù)與四種其他類(lèi)型的聚合物網(wǎng)絡(luò )合成反應。他們不能測量所有類(lèi)型聚合物的環(huán)路數，但是它們在材料的強度方面也發(fā)現了類(lèi)似的改進(jìn)。
這種方法可能有助于提高由凝膠或其他交聯(lián)聚合物制成的任何材料的強度，包括塑料，水凈化膜，環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑或水凝膠如隱形眼鏡。
Johnson實(shí)驗室正在研究將此方法應用于各種材料，包括用于生長(cháng)組織工程細胞的凝膠。