科學家研發(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，小到我們日常辦公所用的電腦和手機，幾乎所有的化合物機構組成都與化石燃料密切相關。

近日，美國佛羅里達州立大學肯內穆爾研究小組發(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域的現(xiàn)有狀況，成為新一代聚合結構的可持續(xù)材料。

當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，這一過程值得科學界肯定。

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

由佛羅里達州立大學化學和生物化學系博士馬克·亞羅利梅克擔任第一作者，布萊恩娜·科亞研究員、副教授賈斯汀·肯內穆爾擔任通訊作者。

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，塑料和聚合物在對過去的化學及生物科學的發(fā)展具有極大的推動作用。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，對推動可再生材料的發(fā)展具有十分重要的意義。

利用“松樹液”制備出新型塑料

該團隊通過化學反應徹底改變了聚合物結構。在生物學中，類似的現(xiàn)象并不少見，比如，毛毛蟲是如何變成蝴蝶的、蜂窩機械是如何改變天然生物聚合物設計的等。因此，在合成聚合物中改變生物物質原有的特性，并不難實現(xiàn)。

肯內穆爾表示，“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。我們的下一個目標是了解這些聚合物的某些機械特性?！?/p>

這種聚合物材料有許多結構特征，與人們每天使用的塑料特征有一定的關聯(lián)，因此在應用層面是可以實現(xiàn)的。

α-松油精是松樹枝中產(chǎn)生的最豐富的分子，由于其化學機構較為復雜，該分子難以轉化為塑料，因此它現(xiàn)在的應用范圍有限，目前主要應用于松節(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”。

該研究最大的亮點是，通過一系列化學反應、多次凈化試驗，反復觀察實驗現(xiàn)象，總結失敗原因，最終成功地將α-松油精轉化為三角洲松。

一旦該團隊獲得了純化的液體“三角洲松”，就可以通過最后的化學反應將其轉化為可用的塑料-多三角洲松。隨后他們進行了系列“聚合”反應，測試將這種分子做成塑料時的效果。

該團隊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構等。

進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，“將這種生物質分子轉化為新的高性能塑料，對于我們的生活方式的改善至關重要。生物基塑料的應用不需要以犧牲石油為代價，后期我們將進一步推廣?！?/p>

該團隊已經(jīng)與佛羅里達州立大學商業(yè)化辦公室取得合作，并且為發(fā)現(xiàn)的材料申請了專利。

該團隊制備的這種高性能材料，也存在一些缺陷，如可生物降解保質期較短。這意味著， 需要通過化學刺激使材料分解。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)合成材料的關鍵?？夏崮聽柋硎荆骸拔覀兗纫苽湫虏牧希矔ㄟ^實驗研究材料后期的再利用。我們所制備的新塑料僅僅是個開始，我們還要學習如何拆解塑料?！?/p>

雖然可生物降解材料最終會在自然界中分解，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，對可降解塑料的回收利用，可以緩解一些全球污染問題。

另據(jù)悉，該團隊已經(jīng)開發(fā)出可改變聚合物基本結構的方法，為貨物的交付和釋放、可回收材料、變形軟機器人、抗菌劑等潛在的應用鋪平道路。