Ekleyen Polimerler: Modern Malzemenin Vakfı

Kimyasallar da zincir-growth polimerler olarak da bilinir, modern yaşamda ubiquitous.Ücretsiz monomerlerin ek olarak, ve [[DüzDÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçin)[Üye Olmayanlar (Üye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar (Üye Olmayanlar)

Sürdürülebilir polimer tasarımı için zorlama hem çevresel zorunluluklar hem de düzenleyici baskılar tarafından yönlendirilir. Ellen MacArthur Vakfı, plastik ambalajların sadece% 14'ünün küresel olarak geri dönüşüm için toplandığını ve bu makalenin çok fazla olduğunu araştırır.Bu makale, bu tür iki işlevli polimerlerin frekanslarını azaltabilir ve bu tür bir sonraki sınırda bu özellikleri bir araya getirir.

Addition Polimerizasyonunu ve Yapısal İmplikasyonlarını Anlamak

Ek polimerizasyon, başlangıç, propagasyon ve sonlandırma adımları ile devam eder. Bu yapısal stabilite genellikle performans için avantajlı veya disiplinli zincirlere sahiptir.Komser polimerlerin aksine, ek polimerler, laboratuvarların veya amidasyon gibi bağlantılarının kolayca ayrılmasına olanak sağlar.Bu yapısal istikrar performans için avantajlıdır: sadece maküla ve yeniden işlemeye yol açar.

Yeniden kullanılabilirlik ve kendini özleyen anahtar yapısal özellikler şunlardır:

  • [FONT:0)Crystallinity:[Dönetici: [Dönetici:0) Yüksek çözünürlükli polili yapıştırıcı (HDPE) üstün mekanik güç ama sınırlı zincir hareketliliği, kendini zorlaştırmak.
  • [FONT=0)Glass geçiş sıcaklığı (T[DÜT:2)[DÜDÜ:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ)[Üye Olmayanlar (DÜye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar)
  • [FONT:0)Molecular ağırlık ve daling:) Yüksek moleküler ağırlık mekanik özellikleri geliştirir, ancak eri viskositeyi artırır, yeniden işlenebilir.

Bu faktörler bir tasarım gerginlik yaratır: ek polimerlerin faydalarını sağlayan aynı özellikler de sürdürülebilirliğe engel oluşturur.Bu sayede sofistike moleküler mühendisliği gerektirir.

Kendi kendini Yeniden Bağlantılı Polimerlerde Mekanizmalar

Kendi kendine ait polimerler bağımsız olarak hasar verebilir - çatlaklar, çizerler veya punktürler - mekanik bütünlüğü geri yükleme ve felaket başarısızlığı önleme. İki geniş yaklaşım literatüre hükmedebilir: [[Üye Olmayanlar) ve [[Döneticiin]

Extrinsic Self-Healing: Microencapsated Healing Agents

Eski sistemlerde, şifa ajanları mikrokapsules veya boş fiberler polimer matrixte dağılırlar.Bir çatlaklar ortaya çıktığında, bu genellikle metatez polimerizasyonunu (P) dicyclopentadiene (DCPD) dolduran bir katalizörü salıverir.

Intrinsic Self-Healing: Dynamic Covalent Bonds and Supramolecular Chemistry

Intrinsic self-healing, uygun stilde kırılabilecek ve reform yapabilen polimer ağı içindeki yeniden dönüşümlü kimyasal bağlara dayanıyor (hava, ışık, pH). ek polimerler için, anahtar geri dönüşümlü kimyagerler şunları içerir:

  • [FONT:0)Disulfide değişimi:[Dönetici:[Dönetici:0) Thiol-disulfide reshuffling, çoklu şifa döngüleri sağlar.Relffide bağlantıları arka kemiğine dahil eden polimerler hafif sıcaklıklarda iyileştirilebilir (60-100 °C).
  • [FONT=0)Diels-Alder (DA) adducts:[Dönetici:0) Furane-maleimide DA tahvilleri termoreversible. yüksek sıcaklıklarda (~120 °C), addükleri kırılır (retro-DA); soğutmada, tekrar-formda kullanılır.
  • [FONT:0)Transesterification: [Döneticiler: Vitrimers - Betonsuz bağlantı değişimi geçiren polimerler - yeniden akış ve iyileşebilir. Dinamik esterlere dayanan ek polimer vitrimerler polietilen malzemelerde rapor edilmiştir.
  • [FONT:0)Supramolecular motifler: [DÜDÜT:1] Hidrojen Bağ dizileri, metal-liganlı koordinasyon veya ev sahibi-guest etkileşimleri (örneğin, cyclodextrin-adamantane) hasardan sonra yeniden bağlantı kurmaları oluşturur.TheurFLT:2).Cordier et al. (2008)) Oda sıcaklığında otonom şifa gösterdi.

Intrinsic sistemleri birçok şifa döngüsü sunar ve şifa ajanlarının egzozlarından kaçınır, uzun ömürlü uygulamalar için daha uygun hale getirirler. Ancak, genellikle yük altında boyutsal stabilite ile iyileşme hızlarını dengelemek için dikkatli bir şekilde ayarlamaları gerekir.

Ekleme Polimerleri için Rejik Stratejiler

Geri dönüşüm ek polimerler zorlu çünkü güçlü C-C tahvilleri depoya direnir. Mekanik geri dönüşüm - parçalanır, sönüllü ve mülk kaybı (düşükümlülük) elde etmek için (uygunluk) <0)kimyasal geri dönüş[Dönergeler için geri dönüş[Döneticileri veya değerli obormerlere geri dönüş, alternatif polimer tasarımları gereklidir.

Depolymerizable Addition Polimers

Bir yaklaşım, belirli koşullar altında bırakılacak zayıf bağlantıları tanıtmaktır. Örneğin, poli(α-tilstyrene) Yavaş yavaş düşük tavan sıcaklıklarında (~60 °C), ancak mekanik özellikleri zayıftır.Daha pratik sistemler kullanılabilir katalizörler[Dönemli katalizörler[FLT 1:0) Ayrıca 100 °C’ye kadar geri dönüşümlü polimerler 100 °C’ye kadar geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak% 95'i kullanarak, alüminyum ve eller 100 °C'yi geri döndürebilir.

Başka bir strateji, ►FLT:0) Aşırı olmayan bağlar[Döneticiler: Kullanım sırasında istikrarlı olan bağlar, hafif kimyasal stimuliler altında kalın. Acetal bağlantılar, örneğin, asit koşullardan dolayı poliacetallar, kendi kendine özgü yetenekleri ile birlikte, ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı olarak bildirilir.

Yeniden İşlemeability için Vitrimer Yaklaşım

Vitrimers, termoset gibi yeniden işleme imkanı sağlayan ek polimerler, vitrimerler bağlantı değişikliğine geçiş yapmadan ağ yapısını koruyorlar. ek polimerler için vitrimerler transistasyona dayalı olarak (örneğin, polyester/poliether karışımlar) veya boonic esterler ile yeniden işlenebilir.

vitrimer yaklaşımı hem dünyanın en iyilerini sunar: termosetlerin termoplastiklerin recyclability of termoplastiks. Ancak, katalizörler ve yüksek sıcaklıklara (tipik olarak >160 °C) ihtiyacı pratik ölçeklenebilirliği sınırlandırabilir.

Kendi kendini birleştirmek için tasarım ilkeleri -Healing ve Recyclability

Her iki kendini yeniden tanımlayan ve tek bir ek polimere yeniden uygulanabilirlik dikkatli bir denge gerektirir. Tekrarlayan bir polimer, kolayca depolanabilir ve serviste sabitlenebilir. anahtar kullanım için arsayabilir.0orthogonal dinamik kimyagerler).

  • [FONT:0] Bir dinamik bağ, iki işlev: Bazı geri dönüşümlü bağlar hem şifa hem de geri dönüşümlere hizmet edebilir. Örneğin, disulfide tahvilleri oda sıcaklığında değişerek geri dönebilir ve geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlü olarak geri dönüşebilir.
  • [FONT=0]Dual dynamic ağları:[Dönetici:[Dönetici] İki ayrı geri dönüşümlü etkileşim kullanın - iki kimyager için bir tane ve bir depolama (örneğin, acetal hidrolysis).
  • [FONT=0]Kendi kendine özgü vitrimerler:[Dönetici: 0 °C) Bir vitrimer ağı, bağ değişimi ile iyileşen, ancak iyileştirici sıcaklık, yeniden işleme sıcaklığından daha düşük olmalıdır. Örneğin, transification vitrimer 120 °C'de iyileşmek ve 200 °C'de yeniden işlemek mümkündür.

Vaka Çalışmaları ve Son Gelişmeler

Poliklinatif Crosslinklerle

2023 yılında, MIT'deki araştırmacılar, pendant antrak gruplar içeren bir polinötik bir türe maruz kaldıklarını bildirdiler. · UV ışınlarını dolduran bir polimer ile ısıtılabilir.

Bio bazlı Polystyrene Copolimers

Freiburg Üniversitesi'nde bir ekip, polistyrene-maleimide kopolimers ile kürk bazlı Diels-Alder adducts ile gelişmiştir. 80 °C'de iyileştirilmiş polimer ve polimer tasarımı ile 150 °C'de depolanabilir.

Polyolefin Vitrimers from Waste

İlerleme aynı zamanda post-consumer geri dönüştürüldü (PCR) poliolefins tarafından da gresyon dinamik boonik magnezyum bağlarını poliolefinler tarafından, araştırmacılar vitrimer ağlarını kendi kendini birden fazla kez yeniden işlediler.

Meydanlar ve Ticaret-offs

Dikkatli ilerlemeye rağmen, birçok engel yaygın kabulü engelliyor:

  • [FONT=0]Mechanical performans:[Dönetici bağlarını tanıtmak için, sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan uygulamalar için, malzeme mühendislik standartlarını karşılamalıdır.]
  • [FONT:0)Processing complex:[Dönetici:[Döneticileri) Kendi kendine özgü polimerler, mikrokapıların veya dinamik grupların aşılanması, polimerler için ekonomik olarak uygulanabilir olabilecek adımlar içerir.
  • [FONT:0]Temperyatür duyarlılığı:[Dönetici:0] Birçok kendi kendine özgü mekanizmalar, hizmette pratik olabilir. Oda sıcaklık iyileşmesi tercih edilir, ancak genellikle daha yavaştır.Recyclability için, depolama sıcaklıkları polimer sırt kemiğinin bozulmasını aşmalıdır.
  • [FONT:0]Yaşam döngüsü değerlendirmesi:[Döneticileri, uygulamada gerçekleşen iyileşme döngüleri sayısına bağlı olarak, ek karmaşıklık elde edilememektedir. Benzer şekilde, kimyasal geri dönüşüm, karbon tasarrufunu dengelemek için enerji yoğun süreçlere ihtiyaç duyar.

Başka bir kritik konu ölçeklenebilir. Laboratuvar ölçeğinde çalışan dinamik kimyagerler genellikle ısı transfer sınırlamaları veya katalizör deactisyon nedeniyle kilo- ölçekli reaktörlerde başarısız olurlar. Pilot ölçekli gösteriler hala nadir.

Future Yol ve Araştırma Önceliği

Bu malzemeleri laboratuar curiosity'den ticari gerçekliklere taşımak için, birkaç araştırma akışı önemlidir:

  1. [FONT:0] Çift işlevli katalizörler için tasarım: Her iki polimerizasyon ve depolama alanı altında farklı koşullar altında dakanlaştırmayı teşvik eden Multifonksiyon katalizörleri, zincir-growth ve bozulma modları arasındaki tek bir metal-organik katalizörler için sıcaklık değişikliği ile basitleştirebilir.
  2. [FONT=0) Polimer keşif için kullanılan makine: [Döneticileri ve dinamik bağ çiftlerinin yüksek çözünürlükte incelenmesi, optimal yapıların tanımlanmasını hızlandırabilir.]Malzemeler bilişimsel[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) zaten kendini tahmin etmeye uygulanır.
  3. [FONT:0) Yenilenebilir yemstocks ile ilgili olarak: Kendi kendine özgü polimerleri biyo bazlı monomerlerle karıştırarak (örneğin, itaconik asit, kürkandicarboxylic asit) daha düşük karbon ayak izi olabilir. Lignin-derived monomerler özellikle aromatik ve fonksiyonel gruplar nedeniyle umut vericidir.
  4. [FONT:0)Degradasyon-on-uzan tetikleyiciler:[Dönetici:0))[Döneticileri için (Dönetici) ve [FLT: 5))))))))))))))))))))))))))))))))) Geri dönüşümde zararsız olan ve ek polimerlerin enzimsel olarak depolanması gibi, özellikle de zorlu, bazı polyesterler için gösterilmiştir.
  5. [FONT=0)Standarts ve test protokolleri:[Dönetici:0) Alan kendi kendine özgü verimlilik, yeniden kullanılabilirlik ve dayanıklılık ölçme için standart yöntemlerden yoksundur.

Politika ve Ekonomik Teşviklerin Rolü

En gelişmiş polimer kimyası bile, ekonomik ve düzenleyici çerçevelere izin vermeden konuşmayacaktır. Genişletilmiş üretici sorumluluğu (EPR) yeniden kullanılabilirliklere dayanan ücretlerin üreticilerini bu malzemeleri kullanarak ödüllendirmesi gerekir. Kimyasal geri dönüşüm altyapısı için vergi kredilerini dengelemeye yardımcı olacaktır.

Sonuç: Sürdürülebilir Addition Polimerlere Yönelik Bir Yol Haritası

Kendi kendine özgü ve yeniden kullanılabilir yetenekleri olan polimerler bir paradigma değişikliğini temsil eder: Kalıcı malzemeden dayanıklı, uyarlayıcı kaynaklara kadar.Reversible kimyayı polimer arka kemiğine veya matrixe gömerek, hasarları otonom olarak ve son derecelendiren malzemeler oluşturabiliriz.

Alan hala maturing. Literatürdeki çoğu sistem iki yeteneğin birini iyi elde ediyor, ancak hem yüksek verimlilik hem de pratik koşullar altında değil. Ancak keşif hızı hız hız hız hızlanıyor. Dinamik kovalent kimya, vitrimer tasarımı ve depolama alanı, bir sonraki on yılda ticarileşmiş malzemeler üretmek için yeniden tasarlanıyor.

Tam potansiyelini anlamak için, araştırmacılar sistemleri düşünmeli: sadece polimer değil aynı zamanda geri dönüşüm süreci, üretim yöntemi ve ürün yaşam döngüsü. Kendi kendini kınayan ve yeniden uygulanabilirlik rekabet etmiyor; düşünceye entegre edildiğinde, temel kimyada, süreç mühendisliğinde de sürekli yatırım gerektirir.