使橡胶材料可以击败没有失去他们的反弹

汽车对环境的影响时,对尾气排放的墨水已经够多了。但是还有另一个环境威胁从汽车你可能没有想到:塑料微粒污染。

汽车轮胎的橡胶塑料聚合物和其他材料。细碎的这些材料,大多数分数大小的一粒沙子,抛弃时,轮胎摩擦。有些人冲入土壤和水域;其他人进入空气,对健康的长期影响人类和其他生物是未知的。

杜克大学化学教授斯蒂芬•克雷格认为我们可以做得更好。在《华尔街日报》6月22日发表的一项研究科学,他和他的同事描述了一种方法,这种方法可以使一个数量级强硬的橡胶材料,在不影响其它方面的性能。

从杜克和克雷格是一个团队的一部分麻省理工学院一直在研究分子反应在一个叫做弹性体类柔性聚合物材料。认为橡胶轮胎,腈在医学手套,或柔软的硅胶隐形眼镜。是什么使这些材料令人惊奇的是,他们仍然可以反复拉伸和压缩和恢复原来的形状。

但他们并不是坚不可摧的。足够的应变和他们开始破裂。大多数方法使这种材料更持久总是涉及权衡,克雷格说:更大的弹性,韧性。

新的研究表明,它并不总是需要一个妥协。秘密在于弱债券嵌入材料,事实上使它更强大。

放大足够近,弹性体实际上看起来像一大堆松散盘绕的字符串或链的意大利面条。每一根都是一个漫长,连锁的分子称为聚合物,共价键被称为交叉连接相邻链在一起。

它是帮助这些材料保持其形状的交叉连接。拉着材料拉伸的聚合物链和让他们直接。放手,他们放松回更多的盘绕和集聚状态。

在新的研究中,团队的想法是领带的一些使用弱使交联聚合物链在一起是为了休息。

在他们的工作中,研究者们设计并合成了聚丙烯酸酯组成的两个相同的弹性体,橡胶聚合物用于制造软管、海豹和垫圈。然后在其中一个,他们取代了交叉连接的五次弱,由于嵌入式分子分裂不堪重负- - - - - -在这种情况下一个环状的分子称为环丁烷。

一切不变,克雷格说,你会认为“连接器,更容易打破应该产生的材料更容易撕裂。”

而他们恰恰相反。“令人惊讶的是,整个网络有更强与弱,”他补充道。

在机械的测试中,研究人员的薄片材料加载到一个机器措施所需要的力把样本。

的刚度和弹性都相似,但一个由弱cross-linkers九倍难以撕裂比交联与更强的债券。

“韧性的提高没有任何其他重要物理性质的变化,至少我们可以测量,它是通过更换带来的只有一小部分整体材料,”克雷格说。

撕裂的高分子材料本质上是一种化学反应,第一作者蜀王说,他工作的一部分,他的博士论文在克雷格和杜克聚合物理论家迈克尔·鲁宾斯坦。

通常,聚合物链跨撕裂的前缘裂纹传播必须打破。

但是在他们的设计,疲软的交叉连接打破第一,离开主聚合物线程uncinched否则完好无损。这有助于材料抵抗进一步分解,即使小伤口和瑕疵开始形成。

团队已经申请专利的方法。许多工作有待完成使用这样的见解来设计更严格的合成橡胶轮胎,克雷格说。

“但这是长期应用我最兴奋的事。”

先前的研究估计,每年,轮胎释放一些600万吨全球的尘埃和碎片,占10%塑料微粒最终在海洋中,3 - 7%的颗粒物在我们呼吸的空气。

”这是轮胎胎面磨损的道路,”克雷格说。“如果你甚至可以降低到10%,这仍然是600000吨的塑料微粒你会保持环境。”

“我很兴奋看到这些想法如何翻译这个问题,”克雷格说。

这项研究受到了化学分子优化网络的中心莫奈,这是由美国国家科学基金会(切- 2116298)。

参考:王年代,胡锦涛Y, Kouznetsova结核病,et al .灵巧的机械化学的cycloreversion聚合物cross-linkers提高撕裂强度。科学。2023;380 (6651):1248 - 1252。doi:10.1126 / science.adg3229

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