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研究人员将聚氨酯泡沫升级回收为坚韧耐用的复合材料,强度与水泥相当

发布时间:2024/7/10 14:19:15 来源:环球聚氨酯网

由加州大学洛杉矶分校化学工程师领导的一个研究小组发现了一种方法,通过回收沙发和床垫中常见的聚合物泡沫,制造出强度与水泥相当的坚韧耐用的复合材料。

这一发现的灵感来自于天然的高强度材料,如贝壳或珍珠层。这些材料的特点是其独特的微型互连板结构,这使它们在应力作用下非常耐开裂。在加州大学洛杉矶分校萨穆埃利工程学院化学和生物分子工程副教授Samavaya Srivastava的领导下,该研究团队旨在创造一种由无机相和有机相组成、强度相当的合成复合材料,这一直是该领域的一个长期挑战。

这项研究发表在《ACS Polymers Au》杂志上,重点介绍了这种新材料像岩石一样的性质。与水泥(水泥与水或沙子混合,可以制成建筑基础设施的混凝土)相比,这种复合材料重量更轻,固化时间更短,抗弯强度更强。

Samavaya Srivastava 表示:“这种制造方法简单,且具有在各个领域应用的潜力,这让它真正有别于其他复合材料。”

该复合材料还为聚氨酯泡沫开辟了一条新的回收途径。聚氨酯泡沫通常用于沙发、床垫等家具或车内。到目前为止,回收这些材料一直是一个挑战,因为最终产品通常具有不一致的特性,例如化学性质不稳定和颜色不理想。

该研究的第一作者之一、加州大学洛杉矶分校萨穆埃利分校化学工程博士毕业生Divya Iyer称:“这些高强度复合材料可以作为出色的隔热和隔音屏障。为了制造它们,我们设计了一种化学途径,将一种常见的聚合物升级回收为具有优于市售材料(包括水泥)的机械和功能性能的材料。”

以前生产类似的生物启发复合材料的尝试主要以金属合金和矿物为特色,如氧化铝。不幸的是,这些材料需要使用高温和大量的加工。最近的尝试是将聚合物与无机材料(例如石墨和氧化锌)结合使用。

Samavaya Srivastava 表示:“我们的方法是‘一锅法’,不需要高温或复杂的加工条件。研究结果还开辟了一条回收材料的新途径,这些材料原本会被送往垃圾填埋场——尤其是床垫和汽车座椅。现在我们将能够将它们转化为高质量的商业产品。”

这种新型复合材料的特点是回收的有机化合物多元醇和天然无机材料之间有永久的化学共价键,这有助于提高其强度和耐久性。除了用作隔热和隔音材料方面的潜力外,这种材料还可用于替代水泥,水泥的生产约占全球二氧化碳排放量的8%。研究人员表示,回收材料,例如本研究中开发的材料,可以为水泥和其他建筑产品(包括干式墙和轻质混凝土)提供可持续的替代品。

这项研究由床垫回收委员会和美国能源部高级研究计划署资助。




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