新型可回收塑料指日可待？科学家发现类玻璃高分子材料关键特性

11月28日，《美国国家科学院院刊》上刊登了一片新的论文，论文详细报道了一种新型塑料的最新进展。

最近，研究人员发现了一种非常有前景的可回收塑料，这种可回收塑料有朝一日或许可以替代很难回收利用的硬塑料。然而，我们还没有看到这些所谓的类玻璃高分子(vitrimer)用于任何产品，因为它们的加工难度非常大。

星形结构的聚合物交换键。资料来源：埃因霍芬理工大学

但埃因霍芬理工大学的研究人员发现，这种新型塑料的加工性能不仅会受到温度的影响，还会受到密度的影响。有了关于新型塑料的这些新进展，研究人员应该可以为汽车工业制造出可回收的仪表盘。

塑料很难回收，因此对环境非常不利，这早就已经是众所周知的事情。然而，难回收的塑料主要是所谓的硬塑料，或者说热固性塑料，比如做成台球和汽车仪表板的塑料。而另一种塑料，热塑性塑料，就很容易回收，这种塑料在工业上会被用来做铝箔、咖啡杯或玩具等，但这种热塑性塑料的强度比热固型塑料的要差很多。2011年，科学家们开发出了一种新的塑料，即所谓的类玻璃高分子(vitrimer)，它和硬塑料一样坚固，并且可以回收利用。2015年，新型塑料材料的发明者获得了欧洲专利局(EPO)颁发的欧洲发明家大奖(European Inventor)。

神秘的材料

无论前景如何，类玻璃高分子离商业化应用还有很长的路要走。为了达到这个商业化阶段，把这种新型塑料运用到产品当中，制造商需要知道怎样加工这种新型材料才能获得所需的性能。然而，科学家们对这种物质的原理在很大程度上仍然一无所知。

但现在，物理学家Liesbeth Janssen，博士生Simone Ciarella和理学学士Rutger Biezemans展示了一个计算机模型，这个模型显示了温度和密度影响类玻璃高分子的方式。Janssen说：“现在我们对这种材料的物理成分有了更好的了解了，我们希望可以在后续项目中为行业生产真正的可回收塑料。”

脆性决定再循环能力

他们的模型表明，类玻璃高分子的脆性(fragility)是决定其加工能力的决定性因素。Ciarella表示：“脆性指的是一种材料熔化和固化的速率。脆性越低，塑料加工起来就越容易，因此材料也就更容易被回收利用。”

Liesbeth Janssen和她的同事们不仅理解并预测了这种脆性的影响，他们还调整了这种新型塑料的脆性。这种新型材料的脆性可以通过调整材料密度来进行改变，这样，制造商在未来就可以准确地加工塑料。

“连接”

为了解释这种影响，我们需要详细了解这三种塑料的物理特性。塑料是由很长的线组成的，这种线也叫做聚合物。热固性塑料的强度之所以这么高是因为这些聚合物之间有许多连接，但加热会使这些连接不可逆地断开，这也就解释了为什么热固型塑料的回收利用能力差。而热塑性塑料的聚合物之间并没有连接，因此热塑性塑料很容易会因温度升高而变形，这就使得热塑性塑料的强度要低得多。

Ciarella表示：“但类玻璃高分子就很有趣了，它们的聚合物之间有很多连接，但当加热时，这些连接可以在不同的聚合物之间切换。因此，在室温下，这些类玻璃高分子和热固性材料一样强。但是当受热时，它们就会变成和容易变形的热塑性塑料一样，所以熔化之后这种新型塑料仍然可以保持着它们的质量。”