2020-03-06 23:01:01
计算分析揭示了聚合物的复杂行为

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RIKEN化学家已经开发出一种可以分解成分子结构单元的聚合物,然后可以通过加热或冷却(但在每种情况下通过不同的机理)进行重组。这可能会导致本质上可回收和可持续的塑料按需解聚。

聚合物是通过连接长串称为单体的小分子而形成的长链分子。在常规聚合物中,单体通过共价键连接。由于这些键是如此牢固,因此在塑料使用寿命结束时很难回收单体。

RIKEN新兴物质科学中心的Takuzo Aida正在开发超分子聚合物,其中的单体通过易于可逆的非共价相互作用连接。

“我们最初只是想使用在其侧链中具有八个氢键合酰胺单元的盘状单体合成热稳定的超分子聚合物,” Aida说。一个由他的前同事Venkat Rao和Daigo Miyajima组成的团队开发了一种卟啉类单体,该单体在烃类溶剂中形成稳定的聚合物,但是在加入醇后很容易解聚,从而破坏了将聚合物结合在一起的氢键。

如所期望的,该解聚的混合物在冷却时重新聚合。 “但令我们感到惊讶的是,解聚后的混合物在加热后也发生了聚合,”艾达回忆说。

为了调查这种不寻常的现象,RIKEN研究小组与荷兰埃因霍温科技大学的E. W.“ Bert'Meijer研究小组进行了合作,Mathijs Mabesoone在那里开发了一种计算超分子聚合的计算方法。

分析揭示了竞争过程。冷却后,与每个单体络合的八个醇分子立即脱落,以进行再聚合。但是,如果将解聚的混合物加热,则醇分子一滴一滴地掉下来。

迈耶说:“在进行计算分析之前,我们还没有人预料到这种有趣的分解机制会起作用。” “这种复杂而竞争的分子过程是生物学的关键要素,但是直到最近在超分子化学中才被认识到。因此,我们的聚合物是迈向缩小合成系统与天然系统之间差距的一步。”

这一发现可能会导致超分子聚合物的开发,该聚合物在使用中非常稳定,但在需要回收材料时具有很高的动态性。

它还可以使工业规模的聚合物溶液加工减少能源消耗。聚合物溶液具有很高的粘性,难以加工,但是超分子聚合物在室温下会解聚,因此应具有较低的粘度。

“这可能会导致聚合物行业发生范式转变,” Aida说。 “下一步是调整聚合物结构,以控制不可聚合的温度范围,并设计非常便宜的单体。”

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