科學(xué)家研發(fā)“松樹液”新材料有望幫助解決全球能源緊缺

在近100年的人類發(fā)展史中，大到陸地上穿行的汽車和空中航行的飛機(jī)，小到我們?nèi)粘＾k公所用的電腦和手機(jī)，幾乎所有的化合物機(jī)構(gòu)組成都與化石燃料密切相關(guān)。

近日，美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)肯內(nèi)穆爾研究小組發(fā)現(xiàn)了一種來自“松樹液”的新塑料，這種材料有可能改變材料領(lǐng)域的現(xiàn)有狀況，成為新一代聚合結(jié)構(gòu)的可持續(xù)材料。

當(dāng)研究人員在不損傷松樹壽命的情況下提取到松樹液，將松樹苗這種可再生資源生產(chǎn)出人們所需產(chǎn)品，這一過程值得科學(xué)界肯定。

相關(guān)論文以題為《松樹液中的δ-松油精開環(huán)復(fù)合分解聚合物可定義良好的聚烯烴》，發(fā)表在ACS Macro上。

由佛羅里達(dá)州立大學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)系博士馬克·亞羅利梅克擔(dān)任第一作者，布萊恩娜·科亞研究員、副教授賈斯汀·肯內(nèi)穆爾擔(dān)任通訊作者。

從航天到陸地，再到日常工作所需要的電子辦公設(shè)備，幾乎所有化合物的制備都離不開化石燃料，塑料和聚合物在對(duì)過去的化學(xué)及生物科學(xué)的發(fā)展具有極大的推動(dòng)作用。該研究小組發(fā)現(xiàn)了可通過松樹液制備出新塑料的方法，對(duì)推動(dòng)可再生材料的發(fā)展具有十分重要的意義。

利用“松樹液”制備出新型塑料

該團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)反應(yīng)徹底改變了聚合物結(jié)構(gòu)。在生物學(xué)中，類似的現(xiàn)象并不少見，比如，毛毛蟲是如何變成蝴蝶的、蜂窩機(jī)械是如何改變天然生物聚合物設(shè)計(jì)的等。因此，在合成聚合物中改變生物物質(zhì)原有的特性，并不難實(shí)現(xiàn)。

肯內(nèi)穆爾表示，“據(jù)我們目前所了解，這種玻璃狀、熱穩(wěn)定性的塑料可以在更高的溫度下熔化和成型，并在環(huán)境溫度下冷卻成硬塑料。我們的下一個(gè)目標(biāo)是了解這些聚合物的某些機(jī)械特性。”

這種聚合物材料有許多結(jié)構(gòu)特征，與人們每天使用的塑料特征有一定的關(guān)聯(lián)，因此在應(yīng)用層面是可以實(shí)現(xiàn)的。

α-松油精是松樹枝中產(chǎn)生的最豐富的分子，由于其化學(xué)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，該分子難以轉(zhuǎn)化為塑料，因此它現(xiàn)在的應(yīng)用范圍有限，目前主要應(yīng)用于松節(jié)油的清潔劑和溶劑中。亞羅利梅克首先合成了α-松油精，并將該化合物命名為“三角洲松”。

該研究最大的亮點(diǎn)是，通過一系列化學(xué)反應(yīng)、多次凈化試驗(yàn)，反復(fù)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)失敗原因，最終成功地將α-松油精轉(zhuǎn)化為三角洲松。

一旦該團(tuán)隊(duì)獲得了純化的液體“三角洲松”，就可以通過最后的化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為可用的塑料-多三角洲松。隨后他們進(jìn)行了系列“聚合”反應(yīng)，測(cè)試將這種分子做成塑料時(shí)的效果。

該團(tuán)隊(duì)還描述了塑料各種材料的特性，如聚合物在分解前熔化的溫度和可承受的熱量，以及探索材料的分子結(jié)構(gòu)等。

進(jìn)一步解決高性能材料如何回收利用的問題

雅羅利梅克表示，“將這種生物質(zhì)分子轉(zhuǎn)化為新的高性能塑料，對(duì)于我們的生活方式的改善至關(guān)重要。生物基塑料的應(yīng)用不需要以犧牲石油為代價(jià)，后期我們將進(jìn)一步推廣。”

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與佛羅里達(dá)州立大學(xué)商業(yè)化辦公室取得合作，并且為發(fā)現(xiàn)的材料申請(qǐng)了專利。

該團(tuán)隊(duì)制備的這種高性能材料，也存在一些缺陷，如可生物降解保質(zhì)期較短。這意味著， 需要通過化學(xué)刺激使材料分解。因此，接下來需要解決高性能材料如何回收利用的問題。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，含有環(huán)狀聚合物或發(fā)可持續(xù)合成材料的關(guān)鍵。肯尼穆爾表示：“我們既要制備新材料，也會(huì)通過實(shí)驗(yàn)研究材料后期的再利用。我們所制備的新塑料僅僅是個(gè)開始，我們還要學(xué)習(xí)如何拆解塑料。”

雖然可生物降解材料最終會(huì)在自然界中分解，但降解周期比較緩慢，如果這些塑料可以被重新利用，將利于生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展，對(duì)可降解塑料的回收利用，可以緩解一些全球污染問題。

另?yè)?jù)悉，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出可改變聚合物基本結(jié)構(gòu)的方法，為貨物的交付和釋放、可回收材料、變形軟機(jī)器人、抗菌劑等潛在的應(yīng)用鋪平道路。