新方法合成可降解的熱固性塑料

熱固性塑料(thermoset),是一種高分子材料,目前約占所有高分子材料產量的15-20%。熱固性塑料最大的特色,是其具有三維交聯網狀結構,這種結構賦予其優異的熱物理性能,可以應用於航太塗層和生物醫學支架等領域。然而,目前的熱固性塑料面臨了兩大難題:第一,其原料主要來自於不可再生資源——石油;第二,交聯結構使其難以降解和回收。在地球,每年約產生6000萬噸的熱固性塑料(用石油做的),而這些塑料的最終命運,大多是被丟棄到垃圾掩埋場,或是被焚燒,這對環境造成了負面衝擊。為了減少熱固性塑料對環境的影響,科學家已開始嘗試使用可再生資源(生質基)來製備「可降解的熱固性塑料」,但目前這些材料需要複雜的合成和純化步驟,還無法替代傳統熱固性塑料。除此之外,要控制熱固性塑料的物理性能,通常需要進一步調節化學分子的官能基,或是需要多次的聚合、純化和交聯等步驟,這些步驟相當費時費力。

近日,美國康乃爾大學的研究團隊,成功開發出一種可簡單合成且可降解的熱固性塑料,他們使用市售的環狀乙烯醚(2,3-dihydrofuran,簡稱DHF)作為原料。研究人員在實驗中發現,當DHF與釕催化劑和一種會在光照下產生酸的化合物([4-(octyloxy)phenyl]phenyliodonium hexafluoroantimonate)混合後,會發生兩個反應:首先,DHF在黑暗中會進行緩慢的開環聚合,生成聚合物;接著,在藍光照射下,另一個化合物會產生超強酸(HSbF6),促使剩餘的DHF進行陽離子聚合,使其形成交聯結構。透過調控催化劑的用量和光照時間,研究人員可以精確控制材料的物理性質。這種熱固性塑料有著優異的機械性能,其強度和韌性可與市面上常見的矽膠、聚氨酯和乙丙橡膠等材料相媲美。更重要的是,這種熱固性塑料具有多種降解途徑,它不僅可以在溫和加熱下降解回單體,還可以透過酸解和氧化作用進行降解。研究團隊表示,這項研究為環境友善型塑料的開發提供了新方向。

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