2019-10-10 05:47:01
高性能聚合物的新生产技术可以使防弹衣更好

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一组研究人员发现了一种新的生产聚合物材料的方法,称为PBO,该产品在商业上称为Zylon,用于防弹背心和其他高性能织物。这种新方法可能有助于制造抗降解的PBO产品,而该问题过去一直困扰着基于PBO的材料。

“我们证明,使用纳米颗粒催化剂,我们可以在更环境友好的条件下生产PBO,而无需使用已知会导致这些材料意外降解的化学物质,”布朗大学化学教授兼Shouheng Sun说。一篇描述研究的新论文。 “我们认为这可能是制造更坚固的PBO材料的途径。”

该研究在《物质》杂志上有描述。

制备PBO(全名是聚苯并恶唑)的传统方法包括使用多磷酸(PPA)作为必要化学反应的催化剂和溶剂。 PPA是一种强腐蚀性强酸,已被确定为PBO降解的来源。酸分子滞留在聚合物链中,使纤维在长时间暴露于光和湿气时易于降解。这种退化导致过去召回了基于PBO的防弹衣。

布朗公司的Sun实验室一直在与能够进行制备PBO所需的新反应的复合纳米颗粒催化剂进行广泛的合作,并且它们无需使用PPA即可进行。用纳米颗粒催化反应也将需要较少的能量,并且可以使用可再生的甲酸作为氢源来进行。所有这些使生产过程更加环保。

然而,到目前为止,复合纳米颗粒催化剂已被广泛用于仅制造小的有机分子。在这种情况下,由金和钯合金颗粒制成的复合催化剂是否可用于催化聚合物链的受控生长,以前是未知的。

Sun说:“我们试图回答的关键问题是我们是否可以控制反应,以便对聚合度进行良好的控制。” “我们最终表明,可以通过调节催化剂中合金纳米粒子的组成和尺寸来做到这一点。”

已显示,接近40%的金和60%的钯的合金组成对于控制制造PBO所需的反应速率是最佳的。约8纳米大小的颗粒产生的反应速度可使PBO聚合物的分子量最大化。

为了确定PBO是否确实具有抗降解性,该团队与布朗工程学院的研究人员合作进行了机械测试。这些测试表明,用纳米粒子催化剂制备的PBO聚合物比市售的Zylon更具抗降解性,即使在水和酸中煮沸数天也是如此。

研究人员说,未来的工作将集中在生产分子量更高的PBO聚合物上。这项研究产生的聚合物比商业级产品的聚合物轻得多,这限制了它们的初始机械强度。研究人员说,这项工作仍然是复合纳米颗粒可以产生抗降解PBO的想法的有力概念证明。

布朗化学助理教授,研究合著者杰罗姆·罗宾逊(Jerome Robinson)指出,布朗研究小组的各种专业知识对这项工作的成功至关重要。

罗宾逊说:“能够与工程师和其他研究人员合作非常重要。”“能够走过马路到工程学院并进行机械测试真是太好了,我认为我们有合适的团队来推动这项研究。”

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